DE1544253A1

DE1544253A1 - Vorrichtung zum epitaktischen Abscheiden von Halbleitermaterial aus der Gasphase auf einkristalline Halbleiterscheiben

Info

Publication number: DE1544253A1
Application number: DE19641544253
Authority: DE
Inventors: Folkmann Dipl-Ing Eduard; Pammer Dipl-Chem Dr Rer Erich
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1964-09-14
Filing date: 1964-09-14
Publication date: 1970-03-26
Also published as: US3365336A; SE314966B; GB1115508A; NL6509273A; DE1544253B2; DE1544253C3; CH424731A

Description

Vorrichtung zum epitaktischen Abscheiden von Halbleitermaterial aus der gasphase auf einkristalline Halbleiterscheiben,,

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum epitaktischen Abscheiden von Halbleitermaterial aus der Gasphase auf einkristalline Halbleiterscheiben, die an Vorsprüngen und/oder Vertiefungen eines aus mindestens zwei streifenförmigen Teilen aus leitendem sowie chemisch und thermisch widerstandsfähigem Material bestehenden Trägers gehaltert und infolge direkter Berührung mit der Oberfläche des elektrisch beheizten Trägers auf die zur Abscheidung des Halbleiters aus einem Eeaktionsgas an der Oberfläche der Halbleiterscheiben erforderliche Temperatur erhitzt werden«,

Zum Herstellen von Halbleiterbauelementen wird häufig das als Epitaxie bekannte Verfahren angewendet. Dieses besteht darin, daß man scheibenförmige Halbleitereinkristalle auf eine hohe, jedoch unterhalb des Schmelzpunktes des Halbleiters liegende Temperatur aufheizt und in diesem Zustand in Kontakt mit einem vorzugsweise verdünnten - zur Abscheidung des Halbleiters befähigten Eeairtionsgas bringt.

Als Heizquelle ist dabei die Verwendung eines aus elektrisch leitendem und thermisch sowie chemisch beständigem Material, Z₀B, aus Kohle oder Graphit, bestehenden streifenförmigen Trägersüblich, auf dem die zu beheizenden Halbleiterscheiben aufgelegt werden«, Dabei ist bereits die Anwendung eines ü-förmigen, aus zwei Schenkeln bestehenden Trägers vorgeschlagen, der in vertikaler oder etwas schräger lage in einem Reaktionsgefäß gehaltert ist und der mit Ausnehmungen bzw. leistenartigen Vorsprüngen versehen die epitaktisch zu beschichtenden Halbleiterscheiben in einer derartigen Lage festhält, daß eine Flachseite der Scheiben in gut wärmeleitendem Kontakt mit der Oberfläche des Heizers steht. Aufgabe dieses Vorschlags ist es, eine Vergleichmäßigung der Tem-

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Unterlagen (Art./

peratur über die zu beschichtende Halbleiteroberfläche und damit gleichmäßiger abgeschiedene Schichten zu erhalten.

Die Erfindung befaßt sich mit der gleichen Aufgabe; sie strebt ferner an, daß die Abscheidung nicht nur über den Querschnitt der einzelnen Scheiben, sondern über den Querschnitt aller Scheiben den gleichen Wert erhält, indem sie für die entsprechende Temperaturgleichheit an der für die Abscheidung zur Verfügung gestellten Oberfläche dieser Scheiben sorgt·

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei der eingangs definierten Vorrichtung zum epitaktischen Abscheiden von Halbleitermaterial aus der Gasphase auf einkristallinen Halbleiterscheiben vor, daß die beiden Teile des Trägers in Form eines gefalteten Daches zusammengesetzt und derart ausgestaltet sind, daß ihre Beheizung während des Abscheidebetriebs in ihrem unteren Teil stärker als in ihrem oberen Teil ist.

Diesen Ausführungen zufolge erhält der Träger etwa die aus den Figuren ersichtliche Gestalt. Gegebenenfalls kann der Träger auch mehrmals gefaltet sein, so daß z. B. seine Gestalt an ein "M" erinnert. Der Träger 1 besteht beispielsweise aus Graphit oder Kohle und ist mit - vorzugsweise aus dem gleichen Stoff bestehenden - Vorsprüngen 2 ausgestattet, die zum Haltern der zu beschichtenden Scheiben 3 dienen. Wichtig ist dabei die volle Berührung zwischen der Flachseite der Scheiben 3 und dem Träger 1. Auf diese Weise wird ein guter Wärmekontakt erzielte

Der Querschnitt des Trägers 1 nimmt in der aus Figo 1 ersichtlichen Weise in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung von unten nach oben zu, so daß oben die Beheizung schwächer als unten wird. Zusätzlich oder statt dessen kann durch - zweckmäßig zwischen Punkten gleicher Höhe der beiden Schenkel des Trägers angeordnete und diese elektrisch verbindende - Nebenschlußwiderstände (Shunts) die Beheizung des Trägers in. der von der Erfindung geforderten Weise ausgestaltet werden» Es empfiehlt sich dabei, darauf zu achten, daß die mittels eines Pyrometers zu kontrollierende Temperatur am unteren Ende eines etwa 200 mm hohen Trä-, gers etwa 20 - 40° C höher als am oberen Ende des Trägers ist., Be--Vorzugt wird auf einen Unterschied von 30 C geachtet. Bei der Ab7 scheidung von Germaniumschichten auf Germaniumscheiben empfiehlt sich als Mittelwert der einzustellenden Trägertemperatur eine Tem-

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peratur zwischen 800 und 900 C, beim Abscheiden von Silicium auf SiliciumBcheiben eine solche zwischen 1100 und 1300° 0, beim Abscheiden von Bor auf Borscheiben eine Temperatur zwischen 1500 und 1800° C und beim Abscheiden von Siliciumcarbid auf SiIiciumcarbidscheiben eine Temperatur zwischen 1600 und 1800° C.

Während des Abscheidebetriebs wird der Träger von einem die angegebenen Temperaturen realisierenden Heizstrom durchflossen, dessen Stärke so eingestellt wird, daß die mit dem Träger in unmittelbarer Berührung gehaltenen Halbleiterscheiben sich auf die für die Abscheidung erforderliche hohe Temperatur erhitzen. Gewöhnlich wird als Reaktionsgas ein Gemisch aus Wasserstoff und einem flüchtigen und daher leicht zu reinigenden Halogenid des Halbleiters, ζ. Β« bei Germanium die Verbindungen GeCl., GeCIp, GeHCl,, bzw. die entsprechenden Brom- oder Jodverbindungen verwendet. Dabei empfiehlt es sich, wie üblich, im Interesse einer besseren Ausnutzung des Reaktionsgases, das Reaktionsgas im wesentlichen vertikal durch die Abscheidungsapparatür strömen zu lassen, wodurch die epitaktischen Schichten gleichmäßiger werden.

Die Abmessungen des Trägers können z. B. wie folgt sein* Höhe L des Trägers etwa 200 mm,
Schenkelweite W= v-^c ?0 mm,
Breite B =» etwa 30 mmf

die Weite des "Dachfirstes" ist zweckmäßig 5-10 mm. Der Querschnitt des Trägers am unteren Ende (durch die Dicke des Trägers

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eingestellt) beträgt etwa 60 mm , am oberen Ende dagegen etwa 75 mm S

Eine weitere Verbesserung der Güte und Gleichmäßigkeit der epitaktisch herzustellenden Halbleiterschichten läßt sich gemäß der weiteren Erfindung erreichen, wenn man die Breite B des dachförmigen Trägers 1 etwas größer als den Durchmesser der zu beschichtenden Halbleiterscheiben 3 wählt und den Träger in der Mitte etwas einsenkt, so daß die Scheiben am Grund einer flachen Längsrinne des Trägers aufliegen. Die Tiefe der Rinne braucht nicht mehr als 1 - 2 mm zu betragen. Die Rinne ist in Pig. 3, die einen Querschnitt durch den in Pig. 1 gezeigten und in Fig. 2 in seitlicher Ansicht dargestellten Träger zeigt, besonders deutlich erkennbar. Sie wird beiderseits von einer flachen "Böschung" 4 flankiert.

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Das Reaktionsgas wird bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung zweckmäßig in der aus den Figuren. 4 und 5 ersichtlichen Weise dem Abscheidungsgefäß zugeführt. Der mit den zu beschichtenden Halbleiterscheiben 3 versehene Träger 1 wird durch eine nicht dargestellte, mit den Schenkeln des Trägers zu verbindende Stromquelle beheizt, die außerhalb des Reaktionsgefäßes angeordnet ist. Der Träger ist mit dem "First" nach oben in ein glockenförmiges, z. B. aus Quarz bestehendes Reaktionegefäß 7 montiert, durch dessen Bodenplatte 8 das Reaktionsgas an der Stelle 9 das Reaktionsgefäß verläßt. Die Zufuhr des Reaktionsgases erfolgt über eine sich gabelnde rohrartige - zweckmäßig ebenfalls aus Quarz bestehende - Zuleitung 5» die in beiden Ästen mit Austrittelöchern 6 für das frische Reaktionsgas versehen ist. Diese Löcher 6 sind derart einander unmittelbar gegenüberliegend angeordnet, daß das Reaktionsgas horizontal und im wesentlichen tangential zur Wandung des Reaktionsgefäßes in den Reaktionsraum einströmt. Auf diese Weise wird das Reaktionsgas dem Träger und den an dessen Außenseite befestigten Halbleiterscheiben 3· besonders gleichmäßig zugeführt, wenn der Träger 1, wie aus den Figuren 4 und 5 ersichtlich, etwa zentral im Reaktionsraum und zwischen den beiden Ästen der Zuleitung 5 derart angeordnet wird, daß die Verbindungsgerade seiner Schenkel senkrecht zur Verbindungsgeraden der beiden Äste der Zuleitung für das frische Reaktionsgas orientiert ist. Auf die beschriebene und ähnliche Weise läßt sich erreichen, daß das frische Reaktionsgas gleichmäßig allen zu beschichtenden Halbleiterscheiben zugeführt wird.

5 Patentansprüche,
5 Figuren.

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ORIGINAL INSPECTED

Claims

Patentari3-priiohe

1.) Vorrichtung zum epitaktischen Abscheiden von Halbleitermaterial aus der Gasphase auf einkristalline Halbleiterscheiben, die an Vorsprüngen und/oder Vertiefungen eines aus mindestens zwei streifenförmigen Teilen aus leitendem sowie chemisch und thermisch widerstandsfähigem Material bestehenden Trägers gehaltert und infolge direkter Berührung mit der Oberfläche des elektrisch beheizten Trägers auf die zur Abscheidung des Halbleiters aus einem Reaktionsgas an der Oberfläche der Halbleiterscheiben erforderliche Temperatur erhitzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teile des Trägers in Form eines gefalteten Daches zusammengesetzt und derart ausgestaltet sind, daß ihre Beheizung während des Abscheidungsbetriebs in ihrem unteren Teil stärker als in ihrem oberen Teil ist.

2.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Beheizungsunterschied durch Anwendung eines Trägers mit unterschiedlichem Querschnitt in seinen oberen und unteren Teilen gesteuert ist.

3.) Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Beheizungsunterschied durch zwischen die beiden Schenkel des Trägers geschaltete Nebenschlußwiderstände bedingt ist₀

I-.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschaffenheit und/oder die Abmessungen der beiden Schenkel des Trägers derart gewählt sind, daß der Temperaturunterschied zwischen dem oberen und unteren Ende des Trägers 20 - 40° C, vorzugsweise 30° C, beträgt.

o) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Breitseiten der Schenkel des Trägers einander zugewandt sindo

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ORIGINAL INSPECTED

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