DE1298512B

DE1298512B - Device for vapor deposition of monocrystalline layers on substrates

Info

Publication number: DE1298512B
Application number: DE1964T0025814
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Dr Hans-Juergen; Hennings; Dipl-Phys Dr Klaus; Schuetze
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1964-03-13
Filing date: 1964-03-13
Publication date: 1969-07-03

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Aufdampfen einkristalliner Schichten aus chemischen Verbindungen im Vakuum auf Unterlagen.The invention relates to a device for single-crystal vapor deposition Layers of chemical compounds in a vacuum on substrates.

Zur Erzeugung einkristalliner Schichten auf einkristallinen Unterlagen durch epitaktisches Aufwachsen sind verschiedene Verfahren bekannt. An bekannten Verfahren wären die pyrolytische Zersetzung, die Reduktion von Halogeniden und der Transport des Halbleitermaterials in der Gasphase nach einer Disproportionierungsreaktion zu erwähnen. Es ist weiterhin bekannt, einkristalline Halbleiterschichten auf Halbleiterunterlagen im Hochvakuum durch Verdampfung aus Tiegeln oder mit Hilfe eines Elektronenstrahles aufzudampfen.For the production of single-crystalline layers on single-crystalline substrates Various methods are known by epitaxial growth. To acquaintances Process would be the pyrolytic decomposition, the reduction of halides and the Transport of the semiconductor material in the gas phase after a disproportionation reaction to mention. It is also known to use monocrystalline semiconductor layers on semiconductor substrates in a high vacuum by evaporation from crucibles or with the help of an electron beam to evaporate.

Bei den erstgenannten Verfahren erfolgt der Transport des Halbleitermaterials in der Gasphase. Das Aufdampfen von Halbleitermaterial im Hochvakuum zum Zwecke der Erzeugung einkristalliner Schichten hat jedoch bisher nicht zu Schichten geführt, die alle für die Herstellung von Halbleiterbauelementen notwendigen Eigenschaften besitzen. Insbesondere haben sich Schwierigkeiten dann ergeben, wenn man Schichten aus binären Verbindungen aufdampfen wollte, deren Komponenten unterschiedliche Dampfdrücke besitzen. So ist es beispielsweise außerordentlich schwierig, im Vakuum nach den bekannten Verfahren eine Schicht aus einer AIIIBv-Verbindung, z. B. Galliumarsenid, aufzudampfen.In the first-mentioned method, the semiconductor material is transported in the gas phase. The vapor deposition of semiconductor material in a high vacuum for the purpose however, the production of single-crystalline layers has not yet led to layers all the properties necessary for the manufacture of semiconductor components own. In particular, difficulties arose when one shifts wanted to vaporize from binary compounds, the components of which have different vapor pressures own. For example, it is extremely difficult in a vacuum after the known method a layer of an AIIIBv compound, z. B. gallium arsenide, to evaporate.

Zwar ist es auch bereits bekannt, daß Stoffe durch Laserstrahlen auf beträchtliche Temperatur erwärmt werden können, mit einer Einrichtung können aber erst dann ohne Schwierigkeiten einkristalline Schichten aus chemischen Verbindungen im Vakuum auf Unterlagen mit Hilfe eines auf einen Vorrat der zu verdampfenden Verbindung gerichteten Laserstrahls aufgedampft werden, wenn erfindungsgemäß zwischen der Laserstrahlungsquelle und des im Vakuumraum befindlichen Vorrats im Vakuumraum eine Optik angeordnet ist und wenn zwecks Vermeidung einer Bedampfung der Optik zwischen dieser Optik und einer zwischen Optik und Verdampfungsquelle angebrachten Lochblende eine planparallele Glasplatte verschiebbar angeordnet ist.Although it is already known that substances are caused by laser beams considerable temperature can be heated with a device but can only then do single-crystal layers of chemical compounds without difficulty in a vacuum on documents with the help of a supply of the compound to be evaporated Directed laser beam are evaporated, if according to the invention between the laser radiation source and an optical system is arranged in the vacuum chamber for the supply located in the vacuum chamber and if in order to avoid vapor deposition of the optics between these optics and a perforated diaphragm attached between the optics and the evaporation source a plane-parallel one Glass plate is slidably arranged.

Die Laserstrahlen ergeben eine außerordentlich hohe Verdampfungsgeschwindigkeit, so daß man auf diese Weise brauchbare Schichten auch von Verbindungen, deren Komponenten unterschiedliche Dampfdrücke besitzen, aufdampfen kann.The laser beams result in an extremely high evaporation rate, so that in this way usable layers of compounds, their components have different vapor pressures, can vaporize.

Die Verdampfungsgeschwindigkeit ist bei Anwendung von Laserstrahlen so groß, daß sich die unterschiedlichen Dampfdrücke nicht mehr nachteilig auswirken können.The rate of evaporation is when laser beams are used so great that the different vapor pressures no longer have a disadvantageous effect can.

Man wird in erster Linie Laserstrahlen von einer Wellenlänge verwenden, die von dem zu verdampfenden Material weitgehend absorbiert werden. Ein gewisser Teil der auf dem zu verdampfenden Material auftreffenden Strahlen wird stets reflektiert werden. Dieser Teil wird jedoch um so kleiner sein, je größer die Absorptionsfähigkeit des Materials für die zur Verwendung kommenden Laserstrahlen ist. Außerdem kann der reflektierte Anteil durch eine Aufrauhung der Oberfläche des Verdampfungsmaterials verkleinert werden.One will primarily use laser beams of a wavelength which are largely absorbed by the material to be evaporated. Someone specific Part of the rays hitting the material to be evaporated are always reflected will. However, the greater the absorption capacity, the smaller this part will be of the material for the laser beams to be used. Also can the reflected portion due to a roughening of the surface of the evaporation material can be reduced in size.

Aus Energiegründen kommt in erster Linie ein Festkörper-Laser in Frage, weil ein solcher Laser Impulse in der Größenordnung von einigen Joule (Wattsekunden) zu erzeugen in der Lage ist.For energy reasons, a solid-state laser is primarily used, because such a laser has pulses of the order of a few joules (watt seconds) is able to generate.

Im folgenden soll die erfindungsgemäße Einrichtung an Hand eines Beispiels erläutert werden. In einem Rezipienten sind einerseits der zu bedampfende Gegenstand, andererseits das zu verdampfende Material und die optischen Mittel in einer derartigen gegenseitigen Lage zueinander angeordnet, daß ein über ein Fenster im Rezipienten eintretender Laserstrahl über die optischen Mittel auf das zu verdampfende Material und das verdampfte Material auf den zu bedampfenden Körper auftreffen.In the following, the device according to the invention will be based on an example explained. On the one hand, the object to be steamed is in a recipient, on the other hand the material to be evaporated and the optical means in such a way mutual position to each other arranged that one has a window in the recipient entering laser beam via the optical means onto the material to be vaporized and the vaporized material impinge on the body to be vaporized.

In dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Aufdampfanlage aus einem Rezipienten 1 mit der über Dichtungen 4 aufgesetzten Rezipientenglocke 3 und der Pumpenöffnung 2. Die Glocke 3 enthält ein Fenster 5, durch welches die aus dem Laser 7 stammende Strahlung 8 in das Vakuumgefäß gelangt.In the embodiment shown in the figure, there is Evaporation system from a recipient 1 with the recipient bell placed over seals 4 3 and the pump opening 2. The bell 3 contains a window 5 through which the Radiation 8 originating from the laser 7 reaches the vacuum vessel.

Innerhalb des Gefäßes wird die Laserstrahlung über eine Linse 9 fokussiert und gelangt auf das zu verdampfende Materia110, welches auf einer beweglichen Halterung 11 angeordnet ist. Das Material 10 kann auf dieser Halterung 11 in Richtung des eingezeichneten Pfeiles hin und her verschoben werden.The laser radiation is focused inside the vessel via a lens 9 and reaches the Materia110 to be evaporated, which is on a movable holder 11 is arranged. The material 10 can be on this holder 11 in the direction of drawn arrow can be moved back and forth.

Der von dem Laserstrahl auf dem Materia110 erzeugte Dampfstrahl 12 schlägt sich teilweise auf dem Halbleitersubstrat 13 nieder und erzeugt auf dessen Oberfläche je nach der Temperatur des Substrats einkristalline Schichten. Zur Aufheizung des Substrats 13 ist eine Heizvorrichtung 14 eingebaut. Besteht das Substrat 13 beispielsweise aus Silicium, so empfiehlt es sich, seine Temperatur auf etwa 1000 bis 1250° C einzustellen. The steam jet 12 generated by the laser beam on the material 110 is partially deposited on the semiconductor substrate 13 and, depending on the temperature of the substrate, generates monocrystalline layers on its surface. A heating device 14 is installed to heat the substrate 13. If the substrate 13 consists of silicon, for example, it is advisable to set its temperature to approximately 1000 to 1250 ° C.

J Um die Bedampfung der Optik 9 durch den Dampfstrahl 12 zu vermeiden, ist vor dieser Optik 9 eine planparallele Glasplatte 15 angeordnet, die vor einer Blende 15 a verschiebbar ist und nach jedem Laserimpuls so weit weiterbewegt wird, daß der Laserstrahl durch einen nicht bedampften Abschnitt der Glasplatte 15 hindurchtreten kann.J To the evaporation of the optics to avoid 9 through the steam jet 12 is disposed a plane-parallel glass plate 15 in front of this optical system 9, a displaceable front of an aperture 15, and is so far moved further after each laser pulse the laser beam by a non-evaporated portion the glass plate 15 can pass through.

Claims

Claim: Device for vapor deposition of monocrystalline layers from chemical compounds in a vacuum on documents with the help of a stock the compound to be evaporated directed laser beam, thereby g e k e n n z e i c h -n e t that between the laser radiation source and the one located in the vacuum space Supply in the vacuum space an optics is arranged and that in order to avoid a Evaporation of the optics between this optics and one between the optics and the evaporation source attached perforated diaphragm a plane-parallel glass plate is arranged displaceably.