DE1924997A1

DE1924997A1 - Vorrichtung zum epitaktischen Abscheiden von Halbleitermaterial

Info

Publication number: DE1924997A1
Application number: DE19691924997
Authority: DE
Inventors: Steggewentz Dipl-Phys Hermann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-05-16
Filing date: 1969-05-16
Publication date: 1970-11-19
Also published as: AT308829B; FR2042688B1; CA921370A; CH506187A; US3665139A; JPS5018471B1; NL7006856A; GB1298006A; SE364191B; FR2042688A1

Description

AKTIENGESELLSCHAFT '. München 2,1 fi.MAI19B9.

Berlin und München - ^ttelebacherplata 2

pa G9/2462

Vorrichtung zum epitaktischen Abscheiden von Halbleitermaterial

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum epitaktischen Abscheiden von Halbleitermaterial auf Substratkörper, insbesondere aus halbleitendem Material, die in einem Reaktionsgefäß aus isolierendem Material, vorzugsweise reinem Quarz, durch das Feld einer das Reaktionsgefäß von außen umgebenden Induktionsspule auf die für die Abscheidung des Halbleitermaterials aus einem mit den Substratkörpern in Berührung befindlichen Reaktionsgas erforderliche hohe Temperatur erhitzt werden.

Solche Vorrichtungen sind allgemein bekannt. Die Substratkörper sind in vielen Fällen scheibenförmig und liegen auf einer Unterlage aus thermisch und chemisch beständigem sowie elektrisch leitendem Material auf, das sich im Feld der Induktionsspule auf die erforderliche hohe Temperatur erhitzt. Das - gev/öhnlich zylindrische - Reaktionsgefäß wird in der Höhe der Unterlage dann von der Induktionsspule in enger Kopplung umgeben, um die Induktionsheizung, vorzugsweise Hochfrequenzheizung, mit gutem Wirkungsgrad durchführen zu können. Das vornehmlich aus reinem Quarz bestehende Reaktionsgefäß sichert dann bei Beachtung an sich bekannter, vornehmlich der Reinigung dienender Maßnahmen einen hohen Reinheitsgrad des aus der Gasphase anfallenden Materials. Beschaffenheit des Reaktionsgases sowie Einzelheiten des Abscheidebetriebes können hier als bekannt vorausgesetzt werden.

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9. Mai 1969

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Bei solchen Prozessen werden die z. B. aus Silicium oder Siliciumcarbid bestehenden Substratscheiben auf sehr hohe Temperatur, z. B. Hoo° C, erhitzt. Dabei sind folgende Ziele erstrebenswert:

1. Verminderung der in die Induktionsspule eingespeisten .Heizleistung, d.h. der vom Hochfrequenzgenerator zu liefernden Leistung,

2. Erzeugung einer gleichmäßigen Temperatur durch allseitig reflektierte, von der beheizten Unterlage stammende Wärme strahlung,

3. eine wirksame Kühlung der Reaktorv/ände.

Zur Lösung dieser Aufgaben wird durch die Erfindung die Anwendung eines spiegelnden Belags an mindestens einem Teil der Y/and des Reakti ons gef äßes derart vorgeschlagen, daß die reflektierte Strahlung auf die Substratkörper bzw. eine diese im 7/ärmekontakt beheizende Unterlage aus leitendem Material-zurückgeworfen wird.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.

Das Reaktorgefäß 1 aus elektrisch nicht leitendem Material, vorzugsweise aus reinem Quarz, ist mit einem elektrisch leitenden Heizkörper 2, z. B. aus silieiertem Graphit, versehen, der an seiner Oberseite die epitaktisch zu beschichtenden Substratscheiben 4, beispielsweise aus einkristallinem Silicium, trägt. Das zylindrische Reaktionsgefäß 1 ist von einer Induktionsspule 3 umgeben, derart, daß sich der Heizkörper 2 im Innern des von dieser Spule 3 erzeugten Hochfrequenzfeldes befindet. Der zum Betrieb der Spule erforderliche Hochfrequenzgenerator ist nicht gezeigt; seine Leistung wird so

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bemessen, daß die Substratscheiben 4 durch die '.Yirkung des Heizers 2 auf die für die epitaktische Abscheidung erforderliche hohe Temperatur erhitzt werden.

IDrfindungsgemäß sind spiegelnde Beläge 5 an der Wandung des zylindrischen Reaktionsgefäßes 1 vorgesehen. Durch deren Wirkung wird die von Heizer 2 bzw. den Substratscheiben 4 herkommende Strahlung wieder zurückgeworfen und größtenteils von diesen und den Substratscheiben absorbiert, so daß der Verlust an Strahlung erheblich reduziert wird. Dadurch wird gleichzeitig eine unterschiedliche Temperaturverteilung am Heizer und an den Scheiben durch ungleichmäßigen Strahlungsverlust bzw. ungleichmäßige Aufheizung weitgehend kompensiert. Der spiegelnde Belag ist zweckmäßig an der Außenseite des Reaktionsgefüßes 1 aufgebracht und, wenn nötif:, durch eine isolierende Schicht 6, z. B. eine Quarz- oder Glasachicht, geschützt. Der Belag besteht zweckmäßig aus r.ilber eder einem anderen hochspiegelnden Material und ist so dünn bemessen, daß die Hochfrequenzleistung der Spule '-5 die Gen Belag zum weitaus größten Teil passieren kann.

Uie zugeführte Hochfrequenzleistung kann kleiner gemacht und ihre Frequenz erhöht werden, so daß die Sindringtiefe in den Heizer, d. h. dessen Hanteldicke, bei einer evtl. hohlen Ausgestaltung de" Heizers 2 verringert werden kann, was z. B. auch eine Verminderung der Verunreinigungsgefahr durch aus dem Heizer abdampfende Fremdstoffe ermöglicht. In vielen Fällen kann es zweckmäßig sein, die '.'/and des Reaktionsgefä:3es1 zu kühlen, was z. B. durch eine doppelwandige Ausgestaltung und ein zwischen den beiden V/änden dann zirkulierendes, das Hochfrequenzfeld möglichst wenig absorbierendes Kühlmittel geschehen kann.

Zur Versorgung des Reaktionsgefäßes mit frischem Reaktionsgas ist im Beispielsfall eine Zufuhr 1a und eine Abfuhr Ib vorgesehen. Um die Bestückung zu ermöglichen, sind die ein-

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zelnen Teile mittels Schliffen 1c, Id gasdicht "ineinandergepaßt. Eine hohle Ausgestaltung des Heizers 2 bzw. eine derartige Ausgestaltung, bei der auf einem isolierenden hochwärmebeständigen Kern eine dünnwandige leitende Schicht aufgebracht ist, dient ebenfalls dem Prinzip der Energieersparnis. Es genügt, die Schicht so dünn zu machen, daß sie ein Äquivalent der aufgrund der hohen Frequenzen sich ergebenden Stromkonzentration an der Oberfläche des Heizkörpers 2 darstellt (Skineffekt).

Die zwar V/är me strahlung reflektierende, aber Hochfrequenz durchlassende Schicht 5 wird hingegen wesentlich dünner eingestellt, als es der Skinbreitca entspricht.

Weiterhin ist es möglich, den lokal unterachiedlichen Strahlungsverlust des Heizers 2 und somit eine Temperaturverteilung an seiner Oberfläche durch eine entsprechende Verteilung der refletierenden Schicht 5 und deren Ausgestaltung günstig zu beeinflussen.

V/eiter kann es zweckmäßig sein, (z. B. für eine Reinigung des Reaktors mit scharfen Reinigungsmitteln), die relativ empfindlichen Reflexions- und Schutzschichten 5 und 6 vom Reaktionsgefäß 1 selbst trennbar auszugestalten. Hat z. B. der Reaktor 1 eine prismatische oder zylindrische Gestalt, dann können die Schichten 5 und 6 auf einem zweiten, das Reaktionsgefäß 1 umgebenden, abnehmbaren zylindrischen Mantel vorgesehen sein. Ein solcher Mantel kann auch, insbesondere für'kompliziertere Formen des Reaktionsgefäßes 1, zerlegbar bzv/. als ein "System aus mehreren Spiegeln" ausgestaltet sein, um eine angestrebte Temperaturverteilung an der Oberfläche des Heizers zu erzwingen.

Das zylindrische Reaktionsgefäß v/eist einen Innendurchmesser von 15 cm auf und besteht aus hochreinem Quarz. Die Außenseite

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ist mit einer reflektierenden Schicht aus ca. o,1 - 1o /u dickem Silber versehen. Der Heizer besteht aus einem entsprechend reinen Graphit oder Kohlenstoff und v/eist eine Manteldicke von ca. 1 - 5 mm auf. Sowohl der Heizer als auch die Metallisierung 5 kann mit entsprechend widerstandsfähigem anorganischem Material zum Zwecke des Schutzes -überzogen sein. Im refletierenden Überzug 5 und 6 können, wie auch in der Zeichnung dargestellt, Beobachtungsfenster 7 freigelassen werden.

1 Figur

9 Patentansprüche

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Claims

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P at e η t a η s ρ r ü c h e

Vorrichtung zum epitaktischen Abscheiden von Halbleitermaterial auf Substratkörper, insbesondere aus Halbleitermaterial, die in einem Reaktionsgefäß aus isolierendem Material, vorzugsweise reinem Quarz, durch das Feld einer das Reaktionsgefäß von außen urigebenderi-Xiiätrktiönsspule auf die für die Abscheidung des Halbleiterinaterials aus einem mit den Substratkörpern in Berührung befindlichen Reaktionsgas erforderliche hohe Temperatur erhitzt werden, gekennzeichnet durch einen spiegelnden Belag an mindestens einem Teil der Y/and des Reaktionsgefäßes, derart, daß die reflektierte Y/ärme strahlung auf die Substratkörper bzw. eine diese im Y/ärmekontakt beheizende Unterlage aus leitendem Material zurückgeworfen wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Y/ärme reflektierende Belag aus Silber besteht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der reflektierende Belag zwischen der 7/andung des insbesondere zylindrischen Reaktionsgefäßes und einer aus Quarz, Glas oder dergl. bestehenden Schutzschicht angeordnet ist.
4· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgefäß mindestens an den Stellen des Belags doppelwandig ausgebildet und für den Zwischenraum zwischen den beiden Y/andungen ein insbesondere strömendes Kühlmittel, z. B. reines Y/asser, vorgesehen ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der reflektierenden Schicht bei Verwendung von Silber auf o,1 - 1o /U eingestellt ist.

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6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der reflektierenden Schicht wesentlich kleiner als die Hautdicke des zur Beheizung verwendeten H ■'chfrequenzGtroins eingestellt ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-^-6, dadurch gekennzeichnet,-daß der zur Beheizung^der Substratkörper vorgesehene, als Unterlage fuT^^x^SubstrsTüIcofper diqnend^ Heizer lediglich an seiner Oberfläche aus leitendem Material besteht und die Stärke dieses Heizers etwas größer als die Hautdicke des verwendeten V/echselstrons gewählt ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der hohl ausgebildete Heizer mit Luft oder einem Material mit schlechter 'wärmeleitfähigkeit gefüllt oder evakuiert ist.

ί?.- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem reflektierenden Belag an der V.'and des Reaktionsgefäßes Öffnungen zur Beobachtung des Abscheidevorvorgesehen sind.

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Leerseife