DE1521205C - Verfahren und Vorrichtung zum Aufdampfen von Stoffgemischen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auf- nächst die Stoffe in der Reihenfolge ihrer steigenden dampfen eines Gemisches von mindestens zwei Stof- Verdampfungsdrücke schichtweise übereinander auf fen mit unterschiedlicher Verdampfungstemperatur einen Träger aufgedampft werden, sodann in der auf ein Substrat, bei dem die Stoffe aufeinander- Schichtung mittels einer örtlich begrenzten Heizgeschichtet und kontinuierlich einer gemeinsamen 5 quelle eine Verdampfungsfläche der Schichtstoffe, bei Heizqüelle zugeführt werden, die eine Temperatur der die Temperatur vom Träger zur äußeren Schicht aufweist, welche zur Verdampfung des Stoffes mit hin abnimmt, erzeugt wird und schließlich zum Aufdem niedrigsten Dampfdruck ausreicht, und eine dampfen des Stoffgemisches zwischen Träger und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Heizquelle eine Relativgeschwindigkeit solcher Größe

Auf vielen technischen Gebieten werden Ober- io erzeugt wird, daß während des Vorbeilaufs alle flächenschichten durch Aufdampfen hergestellt. Auf Schichten vollständig verdampfen,
diese Weise werden Oberflächenschichten hergestellt, Die örtlich begrenzte Heizquelle erzeugt um sich die in chemischer oder mechanischer Hinsicht be- ein Feld abnehmender Temperatur, das mit der Gemerkenswert sind (Schutzschichten), die gewisse schwindigkeit der Relativbewegung wandert. Jede optische Eigenschaften haben (Vergütung von opti- 15 Schicht verdampft dort, wo die ihrem Stoff zugehörige sehen Gläsern), die in elektrischer Hinsicht eine Rolle Verdampfungstemperatur herrscht. Auf diese Weise spielen usw. Häufig spielt das Substrat, auf welches werden gleichzeitig alle Stoffe in einem genau vordie Schichten aufgedampft werden, nur eine unter- gegebenen Verhältnis verdampft und schlagen sich geordnete Rolle, während die aufgedampfte Schicht als Gemisch auf dem Substrat nieder. Da die Stoffe das Wesentliche darstellt, beispielsweise bei durch «o in der Schichtung so angeordnet sind, daß nach Aufdampfen hergestellten Halbleiterelementen. außen die Verdampfungstemperatur abnimmt, ist

Bei einer ganzen Zahl von Anwendungszwecken sichergestellt, daß dort, wo der schwerer flüchtige muß ein Gemisch von zwei oder mehr Stoffen auf- Stoff verdampft, die darüber befindlichen Schichten gedampft werden. Wenn diese Stoffe unterschiedliche bereits entfernt sind. Bei diesem Verfahren wird, nur Verdampfungstemperatur haben, kann man sie nicht ·5 unter der Voraussetzung, daß die zugeführte Wärmegleichzeitig aus demselben Tiegel verdampfen, weil energie zum Verdampfen aller Schichten ausreicht, vlies einer Art Destillation entsprechen würde, bei unabhängig von der genauen Temperatur der Heizder sich auf dem Substrat kein Gemisch, sondern quelle und von der Größe der Relativgeschwindigkeit mehrere voneinander getrennte Schichten nieder- zwischen Träger und Heizquelle, sichergestellt, daß achlagen würden. 30 das Mischungsverhältnis der verdampfenden Stoffe

Es ist daher versucht worden, jede Komoonente im wesentlichen konstant bleibt.

des Gemisches aus einem eigenen Tiege: τι ver- In vielen Fällen ist es empfehlenswert, zwischen

dampfen. Da es aber unmöglich k'i, die Verdampfung dem Substrat und dem Träger eine Relativbewegung

in diesen Tiegeln absolut gleichmäßig zu führen, za erzeugen, deren Geschwindigkeit größer ist ah

erhält man kein gleichmäßiges Mischungsverhältnis 35 diejenige der Relativbewegung zwischen Träger und

in der aufgedampften Schicht. Heizquelle. Auf diese Weise können relativ große

Des weiteren ist es bekannt, die verschiedenen Flächen oder eine Vielzahl von Substraten bedampft Stoffe als Kugel vorzuformen und abwechselnd im werden. Außerdem ist der Einfluß, den der Abstand

gewünschten Mischungsverhältnis in einen einzigen zwischen den Verdampfungsstellen der einzelnen

beheizten Tiegel zu werfen. Dies ist ein sehr lang- 40 Schichten auf eine eventuelle Ungleichmäßigkeit der

sames Verfahren, bei dem auf dem Substrat eine der Mischung haben könnte, wesentlich geringer. Auf

Zahl der Kugeln entsprechende Zahl von Schichten jeden Fall ist es auch bei dem Aufdampfen von

niedergeschlagen wird, die keine innige Verbindung Stoffen von stark unterschiedlicher Verdampfungs-

miteinander haben. Zwar kann man durch eine temperatur möglich, nach einer abschließenden

Wärmebehandlung versuchen, das Material der ein- 45 Wärmebehandlung ein durchweg gleichmäßiges Mi-

zelnen Schichten in die Nachbarschichten hinein- schungsverhältnis über die gesamte Schichtdicke zu

diffundieren zu lassen. Die mit den Kugeln erziel- erzielen.

baren Schichten sind aber zu dick, um auf diese Eine bevorzugte Ausführungsform zur Durchfüh-

Weise ein gleichmäßiges Mischungsverhältnis zu rung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist gekenn-

erzielen. 5° zeichnet durch einen um eine senkrechte Achse

Spdann ist ein Verfahren der eingangs beschrie- drehbaren scheibenförmigen Träger, der auf einer benen Art bekannt, bei dem die verschiedenen zu Ringfläche die Schichtung trägt, sowie eines unterverdampfenden Stoffe zu einem Manteldraht oder halb der Ringfläche sich in annähernd radialer Richeinem plattierten Blech vereinigt und dieser Ver- tung erstreckenden Heizkörpers. Wenn die Scheibe bundkörper dann in eine Wärmequelle eingeführt 55 über den Heizkörper hinweg gedreht wird, wird die wird, wo die Stoffe kontinuierlich oder portionsweise Schichtung auf der Ringfläche allmählich zum Ververdampft werden. Bei diesem Verfahren läßt sich dampfen gebracht.

nur mit großen Schwierigkeiten ein gleichmäßiges In weiterer Ausgestaltung dieser Vorrichtung kann

Mischungsverhältnis während des Verdampfens bzw. noch eine oberhalb des scheibenförmigen Trägen

in der gesamten Dicke der auf ein Substrat aufzu- *· angeordnete, um eine senkrechte Achse drehbare

dampfenden Mehrstoffschicht aufrechterhalten. Scheibe zur Aufnahme der zu bedampfenden Sub-

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, strate vorgesehen sein. Diese Scheibe kann mit einer

ein Aufdampfverfahren anzugeben, mit dessen Hilfe größeren Umfangsgeschwindigkeit angetrieben wer-

Stoffe unterschiedlicher Verdampfimgstemperatur auf den als der scheibenförmige Träger, wodurch sich

einfache Weise in einem weitgehend konstanten 63 die gewünschte größere Relativgeschwindigkeit zwi-

Mischungsverhältnis auf ein Substrat aufgedampft sehen Substrat und Träger ergibt

werden können. Die Erfindung wird nachstehend an Hand der

Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß zu- Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch den Träger mit Schichten und Heizquelle im Anfangszustand,

Fig. 2 dieselbe Anordnung im Betriebszustand und

Fig. 3 in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Auf einem Träger 1 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel drei Schichten 2,3 und 4 aus Stoffen mit verschiedener Verdampfungstemperatur aufgetragen, z. B. nacheinander aufgedampft worden. Diese Schichten können je nach dem später gewünschten Mischungsverhältnis unterschiedliche Stärke haben. Wenn man beispielsweise ein sperrschichtfreies Halbleiterschaltelement herstellen will, das aus einem Gemisch von Tellur, Arsen und SUizium besteht, wird man wegen der unterschiedlichen Dampfdrücke das Silizium mit dem niedrigsten Dampfdruck in der Schicht 2, das Tellur mit dem etwas höheren Dampfdruck in der Schicht 3 und das Arsen mit dem höchsten Dampfdruck in der Schicht 4 se vorsehen. Unter dem Träger 1 ist eine Heizquelki vorgesehen.

Wenn diese HeizqueifcS Wärme abgibt, wird der Träger 1 und die darüberliegeciie Schichtung 2 bis 4 erwärmt. Zuerst wird die Verdampfunptcmperatur as des Stoffes der Schicht 4 erreicht, so daß dort das durch die Linie 6 gekennzeichnete Material verdampfen kann. Mit steigender Temperatur wird die Verdampfungstemperatur des Stoffes der Schicht 3 erreicht, so daß das durch die Linie 7 begrenzte Material verdampfen kann. Bei weiterer Beheizung schließlich, wenn die Verdampfungstemperatur des Stoffes der Schicht2 erreicht ist, wird der in Fig. 1 voll ausgezogene Zustand erreicht, bei dem die Linie @ den inzwischen verdampften Bereich begrenzt. Die Linie 8 entspricht genau dem Temperaturverlauf innerhalb der aus Träger und Schichtung bestehenden Anordnung. Im Bereich 8 a herrscht die Verdampfungstemperatur des Stoffes 2, im Bereich 8 b diejenige des Stoffes 3 und im Bereich 8 c diejenige des Stoffes 4.

Wenn der Zustand der F i g. 1 erreicht wird, sind die vorbereitenden Arbeiten abgeschlossen, und man kann den Träger 1 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit in Richtung des Pfeiles 9 an der Heizquelle 5 vorbeibewegen. Hierbei entsteht eine Verdampfungsfläche 8', längs der verschiedene Temperaturen herrschen und von der in jeder Zeiteinheit die gleichen Mengen des Stoffes jeder Schicht, und zwar in genauer Proportionalität zu den Stoffen der anderen Schichten, verdampfen. Ein über der Ver-. darapfungslinie 8' angebrachtes Substrat wird daher mit einem Gemisch der Stoffe der drei Schichten 2 bis 4 bedeckt, wobei das Mischungsverhältnis durchweg gleich ist.

Bei der praktischen Ausführungsform in Fig. 3 wird der Träger durch eine Scheibe 1Θ gebildet, die auf einer Achse 11 sitzt und mit langsamer Geschwindigkeit gedreht werden kann. Auf einer Ringflache ist die Schichtung der verschiedenen zu verdampfenden Stoffe aufgetragen. Unterhalb dieser Ringfläche erstreckt sich in radialer Richtung ein Heizdraht 13. An einer darüber befindlichen Scheibe 14, die um eine Achse 15 mit größerer Geschwindigkeit als die Scheibe 10 drehbar ist, sitzen die zu bedampfenden Ss Substrate 16, die ebenfalls im Bereich der Ringfläche oberhalb der Schichtung 12 angeordnet sind. Die Drehgeschwindigkeit der Scheibe 10 und die Hetzleistung des Drahtes 13 sind so gewählt, daß bei einem Umlauf der Scheibe 19 die Schicht 12 vollständig verdampft ist Dieser eine Umlauf kann benutzt werden, um die an der Scheibe 14 befindlichen Substrate 16 mit einer relativ dicken Schicht zu versehen; statt dessen kann aber auch zwischendurch die Scheibe 14 durch Träger neuer Substrate erntet werden.

Von dem veranschaulichten Ausführungsbeispkl kann in vielerlei Richtung abgewichen werden, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise kann die Scheibe 10 durch ein Trägerband, vorzugsweise in Endlosform, ersetzt werden, um einen kontinuierlichen Betrieb zu ermöglichen. Desgleichen keimen auch die Substrate an einem Band, vomipweise in Endlosform, angebracht sand iBit größerer Geschwindigkeit an der Verdampfungsstelle vorbeigeführt werden. De» weiteren ist es nicht notwendig, die Heizqueue unterhalb des Trägers anzuordnen, vielmehr kann sie auch von oben auf die Schichtung einwirken.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Aufdampfen eines Gemisches von mindestens zwei Stoffen mit unterschiedlicher Verdampiungstemperatur auf ein Substrat, bei dem die Stoffe aufeinandergeschichtet und kontinuierlich einer gemeinsamen Heizquelle zugeführt werden, die eiue Temperatur aufweist, welche zur Verdampfung des Stoffes mit dem niedrigsten Dampfdruck ausreicht, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Stoffe in der Reihenfolge ihrer steigenden .Verdampfungsdrücke schichtweise übereinander auf einen Träger aufgedampft werden, sodann in der Schichtung mittels einer örtlich begrenzten Heizquelle eine Verdampfungsfläche der Schichtstoffe, bei der die Temperatur vom Träger zur äußeren Schicht hin abnimmt, erzeugt wird und schließlich zum Aufdampfen des Stoffgemisches zwischen Träger und Hetzquelle eine Relativgeschwindigkeit solcher Größe erzeugt wird, daß während des Vorbeilaufs alle Schichten vollständig verdampfen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Substrat und dem Träger eine Relativbewegung erzeugt wird, deren Geschwindigkeit größer ist als diejenige der Relativbewegung zwischen Träger und Heizquelle.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Aufdampfen des Stoffgemisches eine Wärmebehandlung vorgenommen wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3^gekennzeichnet durch einen um eine senkrechte Achse (11) drehbaren scheibenfönnißen Träger (W), der auf einer Ringfläche die Schichtung (12) trägt, sowie eines unterhalb dei Ringfläche sich in annähernd radialer Richtung erstreckenden Heizkörpers.(lJ);

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine oberhalb des scheibenförmigen Trägers (10) angeordnete, um eine senkrechte Achse (15) drehbare Scheibe (14) zur Aufnahme der zu bedampfenden Substrate (16).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen