DE1771529A1

DE1771529A1 - Verfahren zum Abscheiden einer Substanz

Info

Publication number: DE1771529A1
Application number: DE19681771529
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Gramann
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1968-06-05
Filing date: 1968-06-05
Publication date: 1971-12-23
Also published as: DE1771529B2

Description

"Verfahren zum Abscheiden einer Substanz" Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abscheiden einer Substanz auf ein Substrat, bei dem sich die Quelle für die abzuscheidende Substanz auf einer höheren Temperatur befindet als das Substrat und bei dem der Transport die- »er Substanz von der Quelle zum Substrat durch ein Träger- gas erfolgt.
Verfahren dieser Art, die aus der Literatur unter der Be- zeichnung "Transportreaktionen" bekannt sind, werden heute beispielsweise in der Halbleitertechnologie zum Herstellen epitaktischer Schichten auf Halbleiterkörpern, aber auch zum Bedecken von Körperoberflächen mit polykristallinem Halbleitermaterial verwendet.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die bekannten Verfahren zum Abscheiden einer Substanz auf ein Substrat zu verbessern. Die Erfindung besteht bei einem derartigen Verfahren darin, daß die Dicke der abgeschiedenen Substanz in Richtung des Temperaturgefällen durch eine zusätzliche Gasströmung eingestellt wird, die entlang dieses Tempe- raturgefälles geleitet wird und weder mit der abgeschie- denen Substanz noch mit dem Substrat in Berührung kommt. Es hat sich gezeigt, das mit diesem Verfahren auch die Herstellung von Schichten mit einer absolut gleichbleil@entien Dicke möglich ist, wie sie beisrielsweise für Halb- .

leaterschichten auf Substraten vielfach gefordert wird, so tiaß durch die rfindung auch besonders das Abscheiden von Epitaktischen Halbleiterschichten -.#esentlich verein-

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bewährt, da sie e£ne einfache Durchfünrixng des Verfahrens

und einen relativ unkomplizierten Aufodu des für dieses

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befindet. Der Ofenraum ist bei diesem Ofen nach der Er-Findung zumindest teilweise von einem zweiten Raum um- geben, durch den während der Abscheidung entlang des Temperaturgefälles, das im Ofenraum durch dessen unter- schiedliche Beheizung herrscht, ein Gasstrom gleitet wird, der somit erfindungsgemäß weder mit der abzuscheidenden Substanz noch mit dem Substrat in Berührung kommt. Die Menge des Gases, die je Zeiteinheit durch den den Ofenrauen umgebenden Rauar fließt und die den Verlauf der Dicke der abgeschiedenen Substanz bestimmt, läßt sich dabei beispielsweise mit Hilfe eines Einstellventils variieren. Als Ofenraum wird bei diesem Ofen nach der Erfindung zweckmäßigerweise ein Rohr verwendet, das beispielsweise aus Quarz besteht und durch eine auf seiner Außenwandung aufgebrachte Heizwicklung unterschiedlich stark beheizt wird. Im Gegensatz zu bekannten Öfen, die beispielsweise zum Abscheiden von Halbleitermaterial verwendet werden und bei denen der Ofenraum ebenfalls aus einem Rohr be- steht, ist dieses mit der Heizwicklung versehene Rohr bei der Erfindung von einem Mantel aus wärmefestem Ma- terial. derart umgeben, daß sich zhischen Rohr und Mantel der Raum für die Gasströmung ergibt. Der Mantel wird da- bei das Rohr zweckmäßigerweise auf seiner gesamten Länge umgeben, wobei dann der Raum zwischen Mantel und Rohr an beiden Rohrenden verschlossen ist und dort Stutzen zum Zu- bzw. Abführen des Gases vorgesehen sind.

Zur Erzielung einer gleichmäßigen Gasströmung entlang des Rohres und dabei vor allem auch entlang des von der Heizwicklung bedeckten Rohrteiles ist der Raum zwischen Rohr und Mantel durch zwei zusätzliche Wände aus porösem Material in drei räumlich voneinander getrennte Bereiche aufgeteilt. In den beiden äußeren Bereichen befinden sich dabei die Stutzen zum Zu- bzw. Abführen des Gases, während die Heizwicklung im mitteleren Bereich angeordnet ist.
Bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ofens besteht der Ofenraum ebenfalls aus einem Rohr. Dieges ist jedoch hier von einem zweiten Rohr derart umgeben, daß -sich der Raum für die das erfindungsgemäße Verfahren kfercnz2eichnende (ia-;4strörnung zwischen diesen beiden Rohrcii ergibt. Heide Rohre bestehen beispielsweise aus Quarz.

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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren 1, 2 und 3 näher erläutert.

In den Figuren 1 und 2 ist zu diesem Zweck jeweils ein Ausführungsbeispiel für den Ofen zur Durchführung des er- findungsgemäßen Verfahrens gezeigt, während die Figur 3 den Temperaturverlauf innerhalb des Ofenraumes eines die- ser in den Figuren 1 und 2 dargestellten Öfen schematisch wiedergibt.
Die Figur 1 zeigt einen Ofen, dessen Ofenraum 1 aus einem Rohr 2 besteht, das von einem Mantel 3, beispielsweise aus Metall, auf seiner gesamten Länge umgeben ist. Der Raum zwiechen dem Rohr und dem Mantel ist an beiden Rohr- enden durch die Wände 4 bzw. 5 verschlossen und durch die Wände 6 und 7 in drei voneinander getrennte Bereiche 8, 9 und 1o aufgeteilt. Die Wände 6 und 7 bestehen dabei aus porösem Material, beispielsweise einem porösen Ofenstein. Derartige Ofensteine sind im Handel tum Beispiel unter der Bezeichnung "Degussit AL 25" erhältlich. Während sich nun in den beiden äußeren Bereich 8 bzw. 1o jeweils ein Stutzen 11 zum Zu- bzw. Abführen des durch den Raum zwischen Rohr und Mantel strömenden Gases befindet, ist im mittleren Bereich 9 die Heizwicklung 12 angeordnet. Durch diese Heizwicklung, die bei dem erfindungsgemäßen Ofen grund- sätzlich zweckmäßigerweise als elektrische Widerstandsheizung ausgebildet ist, wird beispielsweise der linke Teil des Ofenraumes stärker beheizt als der rechte. Dies läßt sich auf einfache Weise dadurch erreichen, daß die Heizwicklung auf ihrer linken Seite wesentlich mehr Windungen aufweist als auf ihrer rechten Seite oder dadurch, daß die Heizwicklung aus zwei Teilwicklungen besteht, von denen die linke mit einem höheren Strom beaufschlagt wird als die rechte.
In der stärker beheizten Zone des Ofenraumes befindet sich, wie in der Figur 1 dargestellt, die Quelle 13 für die Substanz, die auf das im rechten Bereich des Ofenraumes, der Ofenzone mit niedrigerer Temperatur, angeordnete Substrat 14 abgeschieden werden soll. Zum Transport der Substanz von der Quelle 13 zum Substrat 14 fließt durch den Ofenraum das Wgergas 15.
Eine weitere Ausführungsform des Ofens nach der Erfindung zeigt die Figur 2. Der Ofenraum 16 wird hier von dem Rohr 17 gebildet . Dies 2s Rohr .ist von eines.- zweiten Rohe; 18 s:.# umgeben, ;iats der Raum 19 entsteht. An ihr e.m linken Ende sind beide Rchre miteinander vert)unz?er-, so daß der Raum zwischen den Rohren an dieser Sei.t.e verschlossen ist. Zur Zuführung des Gases ist hier ;;in Sttitzeli 20 vor- gesehen. Aulbrdem weisen beide Röhren im Bereich ihrer linken Enden eine wulstförmige Verdickung auf, die in den Raum zwischen den Rohren hineinragt und ihn bis auf die schmale Öffnung 21 verschließt, die als ringförmig ausgebildete Düse eine gleichmäßige Gasströmung entlang der Außenwandung des Rohres 17 sicherstellt. Beide Rohre sind bei dieser Ausführungsform der Erfindung von der Heizwicklung 22 umgeben, die durch ihre besondere Aus-Bildung wieder den linken Teil des Ofenraumes, in dem sich die Quelle 23 für die abzuscheidende Substanz befindet, stärker beheizt als den rechten Teil, in dem das Sub- strat 24 angeordnet ist. Für den Transport der Substanz von der Quelle zum Substrat ist der Ofenraum auch hier wieder von einem Trägergas 25 durchströmt.

Der Temperaturverlauf innerhalb des Ofenraumes eines der beiden in den Figuren 1 und 2 gezeigten Öfen ist in der Figur- 3 schematisch-wiedergegeben. In dem hier ge- zeigten Diagramm ist die Temperatur- im Ofenraum, die mit

T bpze chnet ist, in Abhängigkeit des Abstandes ;i von dem

link.#n Ende des a 1 s Ofenraum d1 enenAen Rohres ?, bzw. 17

aufgetragen.dem Diagramm 711 entnehmen, steigt die

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Temperatur T., erreicht: ist. Nach

;i i t# t'emt)eratiir nahe-rii kz-,is t tjnt ist ,

fällt di t-:- ! Temperatur dann mit zunehmendem Abstand d zur i t@hten Seite des Ofenraumes hin auf die Temperat:ir T2 ab. Jährend nun die Temperaturen T1 und T2 im wesentlichen von der durch die Heizwicklung abgegebene Wärmeleistung bestimmt sind, läßt sich die Steilheit des Temperaturabfalles - in der Figur 3 sind drei Übergänge a,b und c von der Temperatur T1 auf die Temperatur T2 mit verschiedener Steilheit gezeigt - durch die Menge des an der Außenwand des Ofenraumes vorbeiströmenden Gases einstellen.

Wenn auch der in der Figur 3 gezeigte Temperaturverlauf speziell auf die bfen der Figuren 1 und 2 bezogen wurde, so ist er doch, vor allem in seinem durch die zusätzliche Gasströmung einstellbaren Temperaturverlauf, typisch für Öfen nach der Erfindung. Zur Aufnahme des Substrates dient bei allen die$en Öfen diejenige Zone des Ofenraumes, in der die Temperatur von dem höheren Wert T1 auf den niedrigeren Wert T2, beispielsweise von 8500C auf 75ooC, abfällt, wobei dann insbesondere zum Abscheiden von Halbleiterschichten mit gleichmäßiger Dicke der Gasstrom außerhalb des Ofenraumes so eingestellt wird, daß der Temperaturübergang mit etwa 5oC/cm erfolgt. Die Quelle für die abzuscheidende Substanz wird bei diesen Ofen möglichst dort angeordnet, wo die Temperatur im Ofenraum ihr Maximt,m erreicht.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1) Terfahren zum Abscheiden einer Substanz auf ein Substrat, bei dem sich die Quelle für die abzuscheidende Substanz auf einer höheren Temperatur befindet als das Substrat und bei dem für den Transport der Substanz von der Quelle zum Substrat ein Trägergas verwendet wird, dadurch gekennzeich- net, daß die Dicke der abgeschiedenen Substanz in Richtung des Temperaturgefälles durch eine zusätzliche Gasströmung eingestellt wird, die entlang dieses Temperaturgefälles geleitet wird und weder mit der abzuscheidenden Substanz noch mit dem Substrat in Berührung kommt. 2) Verfäiren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der abgeschiedenen Substanz entlang des Tempera- turgefälles durch eine Gasströmung eingestellt wird, die in Richtung abnehmender Temperatur geleitet wird 3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,. da durch gekennzeich- net, daß die Dicke der abgeschiedenen Substanz durch einen Luft-Wasserstoff- oder Stickstoffstrom eingestellt wird 4) Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zum Abscheiden von Halbleitermaterial. auf ein Substrit,... 5) Ofen zur jurchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein zumindest in zwei Zonen unterschiedlich stark beheizter Ofenraum vorhanden ist, und daß dieser Ofenraum zumindest teilvereise von einem Raum umgeben ist, der von dem Gasstrom durchflossen wird. 6) Ofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofenraum von einem Rohr, beispielsweise Quarzrohr, gebildet wird, das durch eine auf seiner Außenwand aufgebrachte Heizwicklung unterschiedlich stark beheizt wird, und daß dieses mit der Heizwicklung versehene Rohr von einem Mantel aus wärmefestem Material, beispielsweise aus Metall derart umgeben ist, daß sich zwischen Rohr und Mantel der Raum für die Gasströmung ergibt. 7) Ofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel das Rohr auf seiner gesamten Länge umgibt, und daß der Raum zwischen Rohr und fantel an beiden Rohrenden verschlossen ist und dort Stutzen zum Zu- bzwa Abführen des Gases vorgesehen sind. c: i (@1 (-n nach daß der Rahm zwischen Pf)hr iin(i @3anl e' @1;r, .^h ,=c,s:i zusät"ii_che Wäxide liii drei.

reiche aufgeteilt ist, und daß dabei im mittleren Bereich die Heizwicklung und in den beiden äußeren Bereichen jeweils zumindest ein Stutzen zum Zu- bzw. Abführen des Gases vorgesehen ist. 9) Ofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein als Ofenraum dienendes Rohr von einem zweiten Rohr derart umgeben ist, daß sich zwischen beiden Rohren der Raum für die Gasströmung ergibt. 1o) Ofen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß beide Rohre von der Heizwicklung umgeben sind. il) Ofen nach Anspruch 9 oder 1o, dadurch gekennzeichnet, daß beide Rohre an einem Ende miteinander verbunden sind, so daß der Raum zwischen ihnen an einer Seite verschlos- sen ist, und daß an dieser Seite wenigstens ein Stutzen für die Zuleitung des Gases in den Raum zwischen den bei- den Rohren vorhanden ist.