DE1929422A1

DE1929422A1 - Vorrichtung zum epitaktischen Abscheiden von Halbleitermaterial

Info

Publication number: DE1929422A1
Application number: DE19691929422
Authority: DE
Inventors: Arndt Dr Heinz-Herbert; Edwin Nosch
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1969-06-10
Filing date: 1969-06-10
Publication date: 1970-12-23
Also published as: JPS49387B1; DE1929422B2; US3704987A; DE1929422C3

Description

Licentia Patent"Verwaltungs-GmbH Frankfurt/Main, Theodor-Stern-Kai 1

Heilbronn, den 28. 5. I969 PT-La/nae - HN 69/I6

"Vorrichtung zum epitaktischen Abscheiden von

Halbleitermaterial"

In der modernen Halbleitertechnik findet bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen wie Dioden, Transistoren und integrierten Schaltkreisen bekanntlich immer häufiger die sogenannte Epitaxie Anwendung, die Halbleiterbereiche auf einem Halbleitergrundkörper als Substrat herzustellen gestattet, die mit anderen Verfahren nicht oder nur schwer herzustellen sind. Unter Epitaxie versteht man ein Verfahren, bei dem ein Material auf einem Substrat durch thermische Zersetzung einer Verbindung abgeschieden wird»

Zur Durchführung des epitaktischen Verfahrens gibt es sogenannte Vertikalreaktoren und Horizontalreaktoren* Bei einem Vertikalreaktor befinden sich die Substrate, auf denen Halbleitermaterial abgeschieden werden soll« auf einem sich drehenden Graphitteller bzw. Hing unter

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einer Quarzglocke. Das neaktionsgemisch strömt beim Vertikalreaktor zentrisch aus und wird radial mit geringer Strömungsgeschwindigkeit über den Ring den ein zelnen Substraten zugeführt. Die Gleichmäßigkeit der Ab scheidung wird durch Drehen der Substrate erreicht. Vertikalreaktoren haben einen geringen Gasverbrauch, liefern eine befriedigende Konstanz der angestrebten Werte und ermöglichen eine gute Reproduzierbarkeit. Als Nachteil ist jedoch bei Vertikalreaktoren zu werten, daß sie eine relativ geringe Fertigungskapazität haben. Bei einer Unterbringung der Induktionsspule innerhalb des Reduktionsraumes ist außerdem die Gefahr ständiger Ver unreinigungen gegeben.

Ein Horizontalreaktor besteht im Gegensatz zu einem Vertikalreaktor- aus einem horizontal liegenden, meist rechteckförmigen Quarzrohr j in dem sich ein z.B. induktiv, geheizter Graphitklotz befindet, der zur Aufnahme der Substratscheiben vorgesehen ist. Das Gas strömt bei dem Horizontalreaktor längs durch das Quarzrohr und damit über die Halbleiterscheiben. Damit das Reaktionsgemisch auf dem Wege über die Substrate nicht verarmt, sind beim Horizontalreaktor höhere Strömungsgeschwindigkeiten erforderlich. Horizontalreaktoren haben einen eindeutigen

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Gasfluß und außerdem den Vorteil, daß im Reaktiönsraum keine unerwünschten Metallteile vorhanden sind. Gleichmäßige Schichtdicken und Schichtwiderstände können jedoch bei Horizontalreaktoren nur mit einem sehr hohen Gasstrom erzielt werden. Ein weiterer Nachteil von Horizontalreaktoren besteht darin, daß sie nur eine geringe Fertigungskapazität besitzen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum epitaktischen Abscheiden von Halbleitermaterini, auch Epitaxiereaktor genannt, anzügeben, bei der die Nachteile der bekannten Vertikal- und Horizontalreaktoren nicht auftreten. Nach der Erfindung besteht eine solche Vorrichtung aus zwei ineinandergeschachtelten Behältern, wobei die für das epitaktische Abscheiden erforderliche Gaszufuhr in einen der beiden Behälter derart erfolgt und Öffnungen an beiden Behältern derart angebracht sind,' daß in beiden Behältern eine vertikale Gasströmung entsteht, deren Stromrichtung in beiden Behältern jedoch entgegengesetzt ist.

Die Behälter werden vorzugsweise derart ausgebildet, daß das ausströmende Gas vor Erreichen der Substrate derart beruhigt wird, daß an den Substraten eine gleichmäßige

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Strömung mit möglichst geringer Strömungsgeschwindigkeit entsteht.'Dies erreicht man beispielsweise dadurch, daß das Volumen des Mittelteils des inneren Behälters möglichst groß gemacht wird.

Wird beispielsweise durch den Boden des inneren Behälters (in Gasrohr geführt, welches sich bis zum oberen Ende, des inneren Behälters erstreckt und dort eine oder mehrere Λ ua ( J" i 11 sdi i'minjren bef-itzt , und werden eine oder mehrere Austrittsöffnungen am Boden de.s innerer] Behälters sowie am oIkm on Fnde des hußei en Behältnis angebracht, so entsteht bei spi el swei a<> im inneren Behälter eine von oben iiat Ii u'tteti vcj laufende Gasströmung, väln end im äuftpro.n Behält ei dan Ga.'. mittel, ehrt von unten nach oben strömt· Durch die nach der Ei ί indung voi gesehene Gasströmung wird erreicht, daß weder im Reakt i on .«raum noch in den anderen lioi'f-ichen der Behälter· Gebiete vorhanden sind, die nicht vom Gasstrom erlaßt wet den«-Daduich werden genau definierte Verhaltnisse geschaffen, die epitaktische Schichten garantieren, deren Eigenschaften allen Anforderungen gerecht werden.

Die Substrate können sowohl im inneren als auch im äusseren Behälter, und zwar beispielsweise an der Innenoder Außenwand des inneren Behälters, angebracht werden.

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Die beiden Behälter werden für den Fall, daß sich das Gasrohr von unten nach oben in den inneren Behälter erstreckt, vorzugsweise konzentrisch um das Gasrohr angeordnet. Der innere Behälter wird vorzugsweise drehbar angeordnet. Die Beheizung der Vorrichtung erfolgt beispielsweise durch ein·, um die beiden Behälter angeordnete Heizspule oder in einem der beiden Behälter.

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Wie die Figur zeigt, besteht ein Epitaxiereaktor nach der Erfindung aus zwei ineinandergeschachtelten Behältern 1 und 2, einer um diese beiden Behälter angeordneten Heizspule 3 sowie aus einem Gasrohr 4, welches von unten her in den inneren Behälter 2 mit Hilfe der Dichtung 5 gasdicht eingeführt ist. Der äußere Behälter 1 setzt sich aus einer Gehäuseglocke 6 und einem Gehäuseboden 7 zusammen. Die Gehäuseglocke 6 besteht beispielsweise aus Quarzglas und der Gehäuseboden 7 beispielsweise aus Quarzglas.

Der innere Behälter 2 des Epitaxigreaktors wird nach der Figur durch einen z.B. aus Quarzglas bestehenden Zylinder 8 gebildet, auf den beidseitig die z.B. ebenfalls

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aus Quarz bestehenden glockenförmigen Gehäuseteile 9 und Io aufgesetzt sind. Um gleichmäßige Aufwachsraten beim epitaktischen Abscheiden auf den im Ausführungsbeispiel auf die Innenwand des Quarzzylinders 8 aufgebrachten Substraten 11 zu erzielen, muß das Volumen des Zylinders 8 möglichst groß gemacht werden, während das Volumen der auf dem Zylinder 8 befindlichen Glocke mindestens halb bis doppelt so groß wie das Volumen des Zylinders 8 sein soll.

Die Gasströmung erfolgt bei dem im Ausführungsbeispiel dargestellten Epitaxiereaktor wie folgt. Das für das epitaktische Abscheiden erforderliche Gas strömt zunächst von unten her durch das Gasrohr k vertikal nach oben und tritt an dessen oberem Ende 12 in den inneren Behälter 2 des Epitaxiereaktors aus. Wie die Pfeile in der Figur andeuten, strömt das aus dem Gasrohr austretende Gas im Behälter 2 senkrecht nach unten und dabei an den auf der Innenwand befindlichen Substraten 11 vorbei, wodurch Halbleitermaterial auf den Substraten epitaktisch abgeschieden wird. Da der Behälter 2 an seinem Boden mit Öffnungen 13 versehen ist, gelangt das Gas aus dem inneren Behälter 2 durch diese Öffnungen in den äußeren Behälter 1 und strömt dort ebenfalls vertikal, jedoch nicht wie im Behälter 2 von oben nach unten, sondern umgekehrt voa unten nach oben. Durch die am oberen Ende des Behältars 1 befindliche

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Öffnung l4 gelangt das Gas schließlich wieder aus dem Epitaxiereaktor heraus nach außen· Der wesentliche Vorteil einer solchen Gasströmung und damit der Erfindung besteht darin, daß sämtliche Räume dos Epitaxiereaktors von dor (lasstromung erfaßt und aiii diese Weise; gut durchgespült wordtui«

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Claims

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Patentansprüche

1) Vorrichtung zum epitaktischen Abscheiden von Halbleitermaterial auf einem Substrat, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus zwei ineinandergeschachtelten Behältern besteht und daß die für das epitaktische Abscheiden erforderliche Gaszufuhr in einen der beiden Behälter derart erfolgt und Öffnungen an beiden Behältern derart angebracht sind, daß in beiden Behältern eine vertikale Gasströmung entsteht, deren Stromrichtung in beiden Behältern jedoch entgegengesetzt ist«

2) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälter derart ausgebildet sind, daß das ausströmende Gas vor Erreichen der Substrate derart beruhigt wird, daß an den Substraten eine gleichmäßige Strömung mit möglichst geringer Strömungsgeschwindigkeit entsteht.

3) Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Behälter drehbar angeordnet ist.

k) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3i dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszufuhr in den inneren Be-

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hälter erfolgt.

5) Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Boden des inneren Behälters ein Gasrohr in dessen Innenraum geführt ist, welches sich bis zum oberen Ende des inneren Behälters erstreckt und dort eine oder mehrere Austrittsöffnungen besitzt.

6) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Öffnungen am Boden des inneren Behälters sowie am oberen Ende des äußeren Behälters angebracht sindο

7) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß beide Behälter konzentrisch um das sich in den Innenraum des inneren Behälters erstreckende Gasrohr angeordnet sind.

8) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 71 dadurch gekennzeichnet, daß eine Aufnahme für die Substrate an der Innen- oder Außenwand des inneren Behälters vorgesehen ist.

■■4) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenxiaeichne t, dt iß die beiden Behälter von einer Keiz-

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-lospule umgeben sind.

Io) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizspule in einem der beiden Behälter angeordnet ist.

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