DE1794065C3 - Vorrichtung zum Abscheiden von Halbleitermaterial - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abscheiden von Halbleitermaterial aus der Schmelze auf ein Substrat mit einem Behälter, der auf einer als Gleitfläche dienenden Oberflächenseite eines Trägerkörpers verschiebbar angeordnet ist.

Nach einer bekannten und heute auch vielfach praktizierten Methode werden Halbleiterschichten auf Substraten dadurch erzeugt, daß diese zumeist als flache, scheibenförmige Körper ausgebildeten Substrate mit einer Schmelze bedeckt werden, die das abzuscheidende Material enthält und aus der sich dann nach dem Abkühlen die gewünschte Halbleiterschicht über dem betreffenden Substrat bildet. Besteht dabei dieses Substrat selbst aus einkristallinem Halbleitermaterial, so entsteht bei diesem Verfahren auf dem Substrat eine ebenfalls einkristalline Halbleiterschicht. Dieses bekannte Verfahren eignet sich daher besonders gut zum epitaktischen Abscheiden von Halbleitermaterial und wird aus diesem Grund in der Literatur auch häufig als Verfahren zur Flüssigphasenepitaxie bezeichnet. Sein Hauptanwendungsgebiet liegt heute beim Abscheiden von Gallium-Arsenid und Gallium-Phosphid, wenngleich die Anwendung dieses bekannten Verfahrens ίο selbstverständlich nicht auf diese Spezialfälle beschränkt ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung aufzuzeigen, die ein einfaches und zugleich einwandfreies Abscheiden von iS Halbleitermaterial aus der Schmelze ermöglicht. Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art nach der Erfindung vorgesehen, daß dieser zur Aufnahme der Schmelze bestimmte Behälter zumindest eine öffnung in seiner

Bodenfläche aufweist und wenigstens um die öffnung herum vollständig auf der Gleitfläche aufliegt, und daß außerdem in dieser Gleitfläche zumindest eine Vertiefung zur Unterbringung des Substrates vorgesehen ist.
Beim Abscheiden von Halbleitermaterial auf ein

*5 Substrat mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zunächst der Behälter auf der vorzugsweise plan ausgebildeten und waagrecht verlaufenden Gleitfläche so angeordnet, daß die öffnung in der Bodenfläche des Behälters durch diese Gleitfläche verschlossen ist. Dann wird der Behälter mit dem Material für die abzuscheidende Halbleiterschicht gefüllt und in die Vertiefung zumindest ein Substrat eingelegt, und zwar so, daß dessen mit dem Halbleitermaterial zu versehende Oberflächenseite zur offenen Seite dieser Vertiefung weist. Anschließend wird dann, beispielsweise durch Einschieben der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einen Ofen, das Material im Behälter geschmolzen und dieser Behälter mit der Schmelze über die Vertiefung geschoben und dort solange belassen, bis sich durch

Abkühlen aus der Schmelze, die durch die öffnung im Behälterboden auf das Substrat gedrungen ist, die gewünschte Halbleiterschicht abgeschieden hat. Da der Behälter zumindest um seine Bodenöffnung herum vollständig auf der Gleitfläche aufliegt, kann beim Verschieben weder Schmelze aus dem Behälter verlorengehen noch können Verunreinigungen durch die öffnung im Behälterboden in diese Schmelze eindringen.

Als besonderen Vorteil garantiert die erfindungsgemäße Vorrichtung das Abscheiden von äußerst hochwertigen epitaktischen Halbleiterschichten. Denn durch Aufbau und Arbeitsweise der Vorrichtung nach der Erfindung wird beim Abscheiden derartiger Schichten wirksam verhindert, daß Verunreinigungen, die sich allgemein als zähe Haut an der Oberfläche der Schmelze abscheiden, in die herzustellende Halbleiterschicht eingebaut oder gar zwischen das Substrat und diese Schicht eingelagert werden.

Die Vertiefung zur Unterbringung des Substrates besitzt bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung in vorteilhafter Weise eine plane Grundfläche, die an einer Seite dieser Vertiefung bis an die als Gleitfläche verwendete Oberflächenseite des Trägerkörpers reicht und zur anderen Seite der Vertiefung hin zunehmend

⁶S tiefer in den Trägerkörper hineinragt. Die lateralen Abmessungen der Vertiefung und vor allem auch die Schräge mit der die Grundfläche in den Trägerkörper hineinragt, sind dabei so gewählt, daß ein flacher, als

Substrat dienender Körper nicht über den Vertiefungsrand hinaus in den Raum über der Gleitfläche hineinragt Eine Vertiefung mit einer solchen von einer Seite her schräg in den Trägerkörper hineinragenden Grundfläche hat hauptsächlich den Vorteil, daß sich sowohl das mit der Halbleiterschicht versebene Substrat als auch eventuell in der Vertiefung abgelagerte Rückstände durch einfaches Verschieben auf der rampenförmig an die Oberseite des Trägerkörpers führenden Grundfläche aus der Vertiefung entfernt werden können.

Vielfach ist es nun erforderlich, durch geeignete Maßnahmen das Substrat in der Vertiefung zu befestigen, um auf diese Weise ein Schwimmen des Substrates in der Schmelze zu verhindern. Eine besonders einfache Art der Befestigung bietet sich im Zusammenhang mit der eben beschriebei.en speziellen Ausbildung der Vertiefung an. Die Vertiefung erhäii hierzu einen sich in der Draufsicht nach einer Seite hin verengenden Querschnitt, wobei die Querschnittsverengung in derjenigen Richtung erfolgt, in der die Tiefe der Vertiefung aufgrund ihrer schrägen Grundfläche zunimmt. Die Seitenflächen der Vertiefung schließen dabei mit deren Grundfläche spitze Winkel ein, so daß auf diese Weise für die Vertiefung in einer Querschnittsfläehe senkrecht zur Gleitfläche ein schwalbenschwanzförmiges Profil entsteht Ein flacher als Substrat dienender Körper, der von der flachen Seite der Vertiefung her in diese Vertiefung eingeführt wird, kommt somit zumindest mit einem Teil seines Seitenrandes unter den schrägen Seitenflächen der Vertiefung zu liegen und wird so durch diese an seiner der Vertiefungsgrundfläche abgewandten Oberflächenseite gehaltert.

Um für den Behälter zumindest eine ungefähre Führung zu erreichen, ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung beispielsweise in den Trägerkörper von dessen Oberseite her eine grabenförmige Aussparung eingebracht, in der der Behälter verschiebbar angeordnet ist. Die Grundfläche dieser Aussparung dient dabei als Gleitfläche, in der auch zumindest eine Vertiefung zur Unterbringung des Substrates vorgesehen ist. Die Länge der Aussparung und vor allem auch die Lage der Vertiefung sind dabei so gewählt, daß der Behälter ohne Schwierigkeiten aus einer Stellung, in der seine Bodenöffnung durch die Gleitfläche verschlossen ist, in eine Position gebracht werden kann, in der diese Bodenöffnung über der Vertiefung zur Unterbringung des Substrates zu liegen kommt. Die grabenförmige Aussparung ist dann bei dieser Ausführungsform der Erfindung vorzugsweise rechteckförmig ausgebildet und weist eine plane Grundfläche auf. Als Behälter dient hierbei vorzugsweise ein in seinen Außenabmessungen quaderförmiger Körper mit einer von einer Oberflächenseite zur gegenüberliegenden Oberflächenseite reichenden öffnung, die den Innenraum des Behälters bildet. Dieser Körper liegt mit einer seiner beiden durch diese beispielsweise rechteckförmige öffnung miteinander verbundenen Oberflächenseiten auf der Gleitfläche auf und ist zur Erzielung einer exakten seitlichen Führung in seiner Breite der Breite der grabenförmigen Aussparung angepaßt

Zum besseren Verständnis wird nun die vorliegende Erfindung an einem in den F i g. t bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiei näher erläutert. Die F i g. ! zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung in der Draufsicht, während in den Fig.2 und 3 Schnitte durch diese Vorrichtung entlang der Schnittlinien AB bzw. CD wiedergegeben sind.

Als Trägerkörper dient bei der in den Figuren dargestellten speziellen Ausführungsform der Erfindung das runde, stabförmig ausgebildete Teil 1. Eine derartige Formgebung des Trägerkörpers ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf den Einsatz der Erfindung in den in der Halbleitertechnologie allgemein üblichen öfen mit rohrförmigen! Ofenraum. Paraüel zu der mit der Schnittlinie AB zusammenfallenden Längsachse des Trägerkörpers 1 ist in diesen die grabenförmige Aussparung 2 eingebracht, die einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist. Die Grundfläche 3 dieser Aussparung dient als Gleitfläche, auf der der Behälter 4 verschiebbar angeordnet ist. Wie den F i g. 1 und 2 zu entnehmen, ist dieser Behälter quaderförmig ausgebildet und weist eine durchgehende rechteckförmige Öffnung 5 auf, die den Innenraum des Behälters zur Aufnahme der Schmelze 6 bildet. Unsymmetrisch zu der die Aussparungslängsseiten schneidenden Symmetrielinie EF ist an einer Seite der grabenförmigen Aussparung die Vertiefung 7 zur Unterbringung eines beispielsweise scheibenförmig ausgebildeten Substrates 8 vorgesehen. Dieses Substrat liegt mit einer seiner beiden Oberflächenseiten auf der Vertiefungsgrundfläche 9 auf, die von der Aussparungsmitte zunehmend tiefer in den Trägerkörper hineinreicht. Die Seitenflächen 10,11 und 12 dieser Vertiefung 7 schließen mit der Grundfläche 9 spitze Winkel ein, so daß sich für diese Vertiefung das in der F i g. 3 dargestellte schwalbenschwanzförmige Querschnittsprofil ergibt und das in die Vertiefung eingebrachte Substrat 8 an seiner der Grundfläche abgewandten Oberflächenseite zumindest von den beiden schrägen Seitenflächen 11 und 12 gehaltert wird. Um das Befestigen von Substraten unterschiedlicher Größe in der Vertiefung 7 zu ermöglichen und gleichzeitig das Einbringen sowie Entfernen des jeweils verwendeten Substrates in bzw. aus der Vertiefung zu erleichtern, weist diese Vertiefung, wie die Fig. 1 zeigt, in der Draufsicht einen sich zur rechten Seite der Aussparung hin verengenden Querschnitt auf, wobei diese Querschnittsverengung in derjenigen Richtung verläuft, in der auch die Tiefe der Vertiefung zunimmt.

Bei einer Vorrichtung, die sich in der Praxis bereits sehr bewährt hat, besitzt die Vertiefung zur Unterbringung des Substrates, wie in der F i g. 1 dargestellt, einen parallel zur Längsachse der Aussparung 2 länglich ausgebildeten Querschnitt, wobei dann die beiden Längsseiten 11 und 12 dieser Vertiefung mit d-?m parallel zur Symmetrielinie EF verlaufenden Vertiefungsrand 13 jeweils Winkel von etwa 80° einschließen. Die Grundfläche 9 der Aussparung ist bei dieser speziellen Ausführungsform der Erfindung etwa um 4° gegenüber der Grundfläche 3 der Aussparung 2 geneigt und bildet mit den Seitenflächen IC, 11 und 12 der Vertiefung Winkel von etwa 60°.

Nicht dargestellt sind in den Fig. 1 bis 3 Mittel, mit deren Hilfe man den Behälter auch dann innerhalb der Aussparung verschieben kann, wenn sich die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Abscheiden des Haibleitermaterials auf ein Substrat im Innern eines Ofens befindet. Zum Verschieben des Behälters finden beispielsweise dünne Stäbe aus hitzebeständigem Material, wie beispielsweise Quarzstäbe, Verwendung, die mit ihrem einen Ende am Behälter befestigt und mit ihrem anderen Ende aus dem Ofen herausgeführt sind und somit ein Verschieben des Behälters von außen her ermöglichen.

Als Werkstoff eignet sich für die erfindungsgemäße

Vorrichtung Graphit besonders gut, da dieses zumindest in einer sauerstoffarmen Atmosphäre die erforderliche Hitzebeständigkeit aufweist und sich zugleich gegenüber der in dem Behälter untergebrachten Schmelze vollständig neutral verhält.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Abscheiden von Halbleitermaterial aus der Schmelze auf ein Substrat mit einem Behälter, der auf einer als Gleitfläche dienenden Oberflächenseite eines Trägerkörpers verschiebbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß dieser zur Aufnahme der Schmelze bestimmte Behälter zumindest eine öffnung in seiner Bodenfläche aufweist und wenigstens um die öffnung herum vollständig auf der Gleitfläche aufliegt, und daß außerdem in dieser Gleitfläche zumindest eine Vertiefung zur Unterbringung de^c Substrates vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung zur Unterbringung des Substrates eine plane Grundfläche aufweist, daß diese Grundfläche an einer Seite der Vertiefung bis an die Gleitfläche reicht und zur gegenüberliegenden Seite der Vertiefung hin zunehmend tiefer in den Trägerkörper hineinreicht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung in der Draufsicht einen sich nach einer Seite hin verengenden Querschnitt aufweist, daß diese Querschnittsverengung in derjenigen Richtung verläuft, in der die Tiefe der Vertiefung zunimmt, und daß außerdem die Seitenflächen der Vertiefung mit deren Grundfläche spitze Winkel einschließen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflächen der Vertiefung mit deren Grundfläche Winkel von etwa 60° einschließen und daß die Grundfläche gegenüber der Gleitfläche um etwa 4° geneigt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Trägerkörper von dessen Oberseite her eine grabenförmige Aussparung eingebracht ist, und daß der Behälter zur Aufnahme der Schmelze in dieser Aussparung verschiebbar angeordnet ist, wobei die Grundfläche dieser Aussparung als Gleitfläche dient.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung rechteckförmig ausgebildet ist und eine plane Grundfläche besitzt.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für den Trägerkörper ein rundes, stabförmiges Teil vorgesehen ist, in das parallel zu seiner Längsachse die grabenförmige Aussparung eingebracht ist.