DE1262979B - Method and device for the production of monocrystalline layers by vapor deposition - Google Patents

Method and device for the production of monocrystalline layers by vapor deposition

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DE1262979B DE1961S0072962 DES0072962A DE1262979B DE 1262979 B DE1262979 B DE 1262979B DE 1961S0072962 DE1961S0072962 DE 1961S0072962 DE S0072962 A DES0072962 A DE S0072962A DE 1262979 B DE1262979 B DE 1262979B
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Description

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einkristalliner Schichten durch Aufdampfen Bei einem Verfahren zur Herstellung einkristalliner Überzüge aus dotierten Halbleitergrundstoffen ist es bereits bekannt, den Grundstoff und die Dotierungsstoffe gleichzeitig im Vakuum auf eine vorgewärmte Trägerplatte aufzudampfen, wobei der gebildete überzu- oberhalb der Temperatur der Kristallkeimbildung geglüht wird.Method and device for producing monocrystalline layers by vapor deposition in a process for producing single-crystal coatings doped semiconductor base materials, it is already known, the base material and the To vaporize dopants simultaneously in a vacuum on a preheated carrier plate, wherein the formed annealed over- above the temperature of the nucleation will.

Um Verunreinigungen und Ungleichförmigkeiten auszuschalten, ist es erforderlich, für ein sehr gutes Vakuum zu sorgen. Außerdem muß der Träger für die Aufdampfschicht etwa den gleichen Ausdehnungskoeffizienten wie das aufzudampfende Material besitzen. Um eine einkristalline Struktur der Aufdampfschicht zu gewährleisten, müssen Unterlage und Aufdampfschicht vom gleichen Gittertypus sein. Außerdem ist dafür Sorge zu tragen, daß die thermodynamischen Aufwachsbedingungen erfüllt sind.To eliminate impurities and non-uniformities, it is required to ensure a very good vacuum. In addition, the carrier must be responsible for the The vapor deposition layer has approximately the same coefficient of expansion as that to be vapor deposited Own material. To ensure a monocrystalline structure of the vapor deposition layer, The base and vapor deposition layer must be of the same type of grid. Also is to ensure that the thermodynamic growth conditions are met.

Ferner ist es aus der Elektronenmikroskopie bekannt, auf einem kristallinen Grundkörper mikrokristalline Bereiche durch Aufdampfen herzustellen. Dies gelingt selbst bei größeren Abweichungen der Gitterstruktur zwischen Träger und Aufdampfsubstanz.It is also known from electron microscopy on a crystalline Base body to produce microcrystalline areas by vapor deposition. This works even with major deviations in the lattice structure between the carrier and the vapor deposition substance.

Schließlich ist ein Verfahren zum Herstellen dotierter einkristalliner Halbleiterschichten bekannt, bei dem die Dotierungsstoffe auf einen Einkristall aus Halbleitergrundstoff aufgedampft und durch anschließendes Diffusionsglühen in den Halbleiterkristall eingebaut werden.Finally, there is a method of making doped single crystal Semiconductor layers known in which the dopants on a single crystal vapor-deposited from a semiconductor base material and subsequently diffusion annealed in the semiconductor crystal can be incorporated.

Bei diesem Verfahren wirkt es sich jedoch nachteilig aus, daß einkristalline Schichten hoher Gitterperfektion nur schwer erhalten werden können bzw. bei Verwendung von Trägerkörpern abweichender Gitterstruktur überhaupt nicht entstehen. Außerdem ist bei den bekannten Verfahren häufig eine nachträgliche Wärmebehandlung erforderlich, was zu einer erheblichen Vergrößerung des technologischen Aufwandes führt.In this method, however, it is disadvantageous that single-crystal Layers of high lattice perfection can only be obtained with difficulty or when used lattice structure deviating from carrier bodies does not arise at all. aside from that with the known processes, subsequent heat treatment is often necessary, which leads to a considerable increase in the technological effort.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß es ohne Schwierigkeiten gelingt, daß sehr kleine Bereiche einkristallin auf einer Kristallunterlage auf Fremdmaterial aufwachsen zu lassen, daß aber ein einkristallines Aufwachsen zur Herstellung größerer Flächen, von beispielsweise einigen 10 qmm, praktisch unmöglich ist. Flächen dieser Größenordnung konnten bisher nur auf Trägern aus gleichem Material hergestellt werden.The invention is based on the knowledge that there are no difficulties succeeds in making very small areas monocrystalline on a crystal substrate To let foreign material grow, but that a single-crystalline growth for Production of larger areas, for example a few 10 sqmm, is practically impossible is. Up to now, areas of this size have only been possible on carriers made of the same material getting produced.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Aufdampfschichten mit einkristalliner Struktur auf Trägern aus Fremdmaterial, die eventuell wieder ablösbar sind, herzustellen.The present invention is therefore based on the object of vapor-deposition layers with a monocrystalline structure on supports made of foreign material, which may be restored are removable to produce.

Einkristalline Schichten aus kristallisierbarem Material können aber im Vakuum auf einen auf der erforderlichen Temperatur gehaltenen Träger, dessen Kristallstruktur von der Struktur des aufzudampfenden Materials abweicht, aufgedampft werden, wenn erfindungsgemäß das Aufdampfen mit einem nahezu punktförmigen, einkristallinen Keimfleck begonnen und der einkristalline Fleck allmählich auf die gewünschte Schichtfläche vergrößert wird.However, monocrystalline layers of crystallizable material can in a vacuum on a support kept at the required temperature, whose Crystal structure differs from the structure of the material to be vapor deposited if, according to the invention, the vapor deposition with an almost punctiform, monocrystalline The seed spot has started and the single-crystalline spot gradually spreads to the desired layer surface is enlarged.

Zur Verbesserung des Vakuums hat es sich als günstig erwiesen, das zu verdampfende Material bereits vor Beginn des Aufdampfverfahrens auf die Verdampfungstemperatur zu bringen. Um dabei jedoch ein gezieltes Aufdampfen zu gewährleisten, empfiehlt es sich, vor und zu Beginn des Aufdampfvorgangs das zu verdampfende Material mittels Blenden oder anderer geeigneter Mittel daran zu hindern, sich auf dem Träger niederzuschlagen.To improve the vacuum, it has proven to be beneficial that material to be evaporated to the evaporation temperature before the start of the evaporation process bring to. However, in order to ensure targeted vapor deposition, we recommend before and at the beginning of the evaporation process, the material to be evaporated is by means of To prevent blinds or other suitable means from being deposited on the carrier.

Der auf dem Träger aufgedampfte Keimfleck kann entweder radial nach allen Seiten der Aufdampfebene gleichmäßig erweitert werden, oder der auf dem Träger aufgedampfte Keimfleck wird zunächst zu einem schmalen Streifen vergrößert, der danach erweitert wird, wobei eine besonders gleichmäßige Schichtdicke gewährleistet ist.The germinal spot vapor-deposited on the carrier can either radially or radially be expanded equally on all sides of the evaporation plane, or on the support evaporated germ spot is initially enlarged to a narrow strip, the is then expanded, ensuring a particularly uniform layer thickness is.

Das zu verdampfende Material. kann in Stabform vorliegen und durch induktive Heizung verdampft werden. Als aufzudampfendes Material kann Halbleitermaterial, beispielsweise Silicium, Germanium oder andere Stoffe der IV. Gruppe des Periodischen Systems, fernerhin die sogenannten intermetallischen Verbindungen (AIIIBv, AIIBVh AIBvII) verwendet werden.The material to be evaporated. can be in stick form and through inductive heating are evaporated. Semiconductor material, for example silicon, germanium or other substances of the fourth group of the periodic Systems, furthermore the so-called intermetallic compounds (AIIIBv, AIIBVh AIBvII) can be used.

Als Träger kann beispielsweise eine Quarzplatte Verwendung finden oder eine andere Unterlage, auf der eine dünne Schicht aufzubringen ist. Ist die dünne Schicht als solche zu fertigen, so ist als Träger einkristalliner ablösbarer Stoff, beispielsweise eine Platte aus Steinsalz, verwendbar, bei dem die Kristallstruktur des Trägers der des aufzudampfenden Stoffes entspricht.A quartz plate, for example, can be used as the carrier or some other surface on which a thin layer is to be applied. Is the thin To produce a layer as such, the carrier is more monocrystalline removable material, for example a plate made of rock salt, usable in the the crystal structure of the carrier corresponds to that of the substance to be vapor-deposited.

Während des Aufdampfens des Halbleitermaterials kann in an sich bekannter Weise gleichzeitig Dotierungsmaterial mit niedergeschlagen werden, wobei entweder das Halbleitermaterial und der Dotierungsstoff getrennt verdampft werden oder, einfacher, bereits dotiertes Halbleitermaterial zur Verdampfung gelangt.During the vapor deposition of the semiconductor material can be known per se Way at the same time dopant be deposited with either the semiconductor material and the dopant are evaporated separately or, more simply, already doped semiconductor material evaporates.

Werden mehrere Schichten aufgedampft, so ist es möglich, Schichten unterschiedlichen Leitungstyps zu erzielen.If several layers are vapor-deposited, layers can be used to achieve different line types.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist besonders zur Herstellung einer größeren Anzahl von Schichten mit abwechselndem Leitungstyp und einer Stärke, die der optischen Wellenlänge entspricht, geeignet.The method according to the invention is particularly useful for making a greater number of layers with alternating conduction type and a thickness that corresponds to the optical wavelength, is suitable.

Um den nahezu punktförmigen einkristallinen Keimfleck auf die Unterlage aufzubringen, ist bei der zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Vorrichtung zwischen Träger und dem zu verdampfenden Material eine eine veränderbare Öffnung aufweisende Blende, insbesondere eine Irisblende oder eine schwach keilförmige Schlitzblende, angeordnet.Around the almost punctiform single-crystalline germ spot on the substrate is to be applied to the device suitable for carrying out the process a variable opening between the carrier and the material to be evaporated having diaphragm, in particular an iris diaphragm or a slightly wedge-shaped slit diaphragm, arranged.

Die Erfindung wird an Hand zweier Ausführungsbeispiele, die in den F i g.1 und 2 dargestellt sind, näher erläutert.The invention is based on two exemplary embodiments that are described in the F i g.1 and 2 are shown, explained in more detail.

Der aus dem zu verdampfenden Material bestehende Stab 1 wird an seinem unteren Ende durch eine Induktionsspule 2 zum Schmelzen gebracht. Aus der Schmelzkuppe 3 verdampft das Material und schlägt sich auf einen Träger 4, der durch eine Heizung 5 auf die erforderliche Temperatur gebracht ist, nieder. Zu Beginn des Verfahrens ist die zwischen dem Stab 1 und dem Träger 4 angeordnete Blende 6 geschlossen. Das verdampfende Material bindet zunächst noch Gasreste, die sich im Vakuum befinden.The rod 1 made of the material to be evaporated is attached to his lower end brought to melt by an induction coil 2. From the melted dome 3 vaporizes the material and hits a support 4, which is caused by a heater 5 is brought to the required temperature, down. At the beginning of the process the diaphragm 6 arranged between the rod 1 and the carrier 4 is closed. That Evaporating material initially binds gas residues that are in the vacuum.

Bei geschlossener Blende wird der Träger 4 auf eine erheblich über der späteren Arbeitstemperatur liegende Temperatur aufgeheizt, um Verunreinigungen des Trägers mit Sicherheit zu entfernen. Beim Öffnen der Blende zu einer nahezu punktförmigen Öffnung wird die Temperatur des Trägers auf die Arbeitstemperatur gesenkt und das aufzudampfende Material allmählich zu einem punnktförmigen einkristallinen Keimkristallfleck niedergeschlagen. Durch allmähliches Öffnen der Blende erfolgt eine Vergrößerung des Keimkristallfleckes zu einer Schicht.When the aperture is closed, the carrier 4 is considerably over the later working temperature is heated to impurities of the carrier to be removed with certainty. When you open the aperture to an almost punctiform opening is the temperature of the support to the working temperature and the material to be vapor-deposited gradually becomes a point-shaped monocrystalline Seed crystal spot down. It is done by gradually opening the aperture an enlargement of the seed crystal spot to a layer.

Um die Blende nicht auf die Größe erweitern zu müssen, die der gesamten aufzudampfenden Fläche entspricht, ist es zweckmäßig, eine schwach keilförmige Blende zu verwenden, die eine Vergrößerung des Keimfleckes zu einem schmalen Streifen ermöglicht. Anschließend wird die relative Lage zwischen Blende und Träger geändert, um eine gleichmäßig einkristalline Aufdampffläche zu erhalten. Die Aufdampfungsfläche kann durch mehrmaliges Hin- und Herwandern des schmalen Streifens über der Fläche beliebig verdickt werden. Insbesondere ist vorgesehen, daß bei jedem oder nach mehreren Wechseln Halbleitermaterial unterschiedlichen Leitungstyps zur Aufdampfung gelangt, Eine besondere zweckmäßige Ausführungsform zur Erzielung unterschiedlich dotierter Schichten stellt die der Anordnung nach F i g. 2 dar.In order not to have to expand the aperture to the size of the entire corresponds to the area to be evaporated, it is advisable to use a slightly wedge-shaped aperture to use, which allows an enlargement of the germinal spot to a narrow strip. Then the relative position between diaphragm and carrier is changed to one uniformly single-crystalline vapor deposition surface. The evaporation surface can by wandering back and forth along the narrow strip across the area at will be thickened. In particular, it is provided that with each or after several changes Semiconductor material of different conductivity types comes to vapor deposition, a special expedient embodiment for achieving differently doped layers represents the arrangement according to FIG. 2 represents.

Außer dem Träger 4 und der Heizung 5 sind zwei Schlitzblenden 7 und 8 vorgesehen,. denen zwei Materialien in Stabform 9 und 10 zugeordnet sind. Der Stab 9 kann beispielsweise durch Bordotierung p-leitend gemachtes Silicium und der Stab 10 durch Phosphordotierung n-leitend gemachtes Silicium sein. Zur Gewährleistung einer glatten Berandung der Aufdampfschicht ist dem Träger eine feste Blende 11 zugeordnet.In addition to the carrier 4 and the heater 5, there are two slit diaphragms 7 and 7 8 provided. to which two materials in rod form 9 and 10 are assigned. Of the Rod 9 can, for example, silicon made p-conductive by boron doping and the Rod 10 be silicon made n-conductive by phosphorus doping. To guarantee a smooth edge of the vapor deposition layer is a fixed screen 11 to the carrier assigned.

Claims (7)

Patentansprüche: 1. Verfahren zum Herstellen einkristalliner Schichten aus kristallisierbarem Material durch Aufdampfen des Materials im Vakuum auf einen auf der erforderlichen Temperatur gehaltenen Träger, dessen Kristallstruktur von der Struktur des aufzudampfenden Materials abweicht, d a -durch gekennzeichnet, daß das Aufdampfen mit einem nahezu punktförmigen einkristallinen Keimfleck begonnen und der einkristalline Fleck allmählich auf die gewünschte Schichtfläche vergrößert wird. Claims: 1. Method for producing monocrystalline layers from crystallizable material by vapor deposition of the material in a vacuum on a support kept at the required temperature, the crystal structure of which is of the structure of the material to be vapor deposited differs, d a - characterized by, that the vapor deposition started with an almost punctiform single-crystalline seed spot and the monocrystalline spot gradually enlarged to the desired layer area will. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der auf dem Träger aufgedampfte Keimfleck radial nach allen Seiten der Aufdampfebene gleichmäßig erweitert wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the on the carrier evaporated germ spot expanded evenly on all sides of the evaporation plane will. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der auf dem Träger aufgedampfte Keimfleck zunächst zu einem schmalen Streifen, der danach erweitert wird, vergrößert wird. 3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the on the Carrier vaporized germ spot initially to a narrow strip, which then expands is enlarged. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß während des Aufdampfens des Halbleitermaterials gleichzeitig Dotierungsmaterial mit aufgedampft wird. 4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that that during the vapor deposition of the semiconductor material at the same time doping material with is vaporized. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Träger und dem zu verdampfenden Material eine eine veränderbare Öffnung aufweisende Blende angeordnet ist. 5. Device for performing the method according to the claims 1 to 4, characterized in that between the carrier and the material to be evaporated a diaphragm having a variable opening is arranged. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Blende eine Irisblende angeordnet ist. 6. Device according to claim 5, characterized in that an iris diaphragm is arranged as the diaphragm is. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Blende eine schwach keilförmige Schlitzblende angeordnet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1054 802, 1057 845, 1087 425; französische Patentschrift Nr. 1064 045.7. Apparatus according to claim 5, characterized in that a diaphragm slightly wedge-shaped slit diaphragm is arranged. Considered publications: German Auslegeschriften Nos. 1054 802, 1057 845, 1087 425; French patent specification No. 1064 045.
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