DE2260980A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer vielschichtigen halbleitervorrichtung mittels absonderung aus einer fluessigkeit - Google Patents

Description

D.PL...NG. KLAUS BEHN DIPL.-PHYS. ROBERT MÜNZHUBER

PATENTANWÄLTE
8 MÜNCHEN 22 Wl DENMAYERSTRASSE 6

TEL (0811) 22 25 30-29 5192 13- ϋβΖβΙΠΟβΓ 1972

A 34-7 72 HD/Es

Firma HANDOTAI KESKJU SHIHKOKAI, Kawauchi, Sendai-Shi, Miyagi-Ken, Japan

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer vielschichtigen Halbleitervorrichtung mittels Absonderung aus einer Flüssigkeit.

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mittels Absonderung aus einer Flüssigkeit.

.Bei den herkömmlichen Verfahren der Absonderung aus einer Flüssigkeit wird hauptsächlich die durch Kühlung verursachte übersättigte Abtrennung eines gesättigten, geschmolzenen Halbleiterbestandteiles angewendet, so daß ununterbrochene Arbeitsvorgänge nicht möglich sind. Wenn die Temperatur schwankt, verursacht überdies die Trennungsgeschwindigke.it eine Änderung des Absonderungskooffizienten. einer darin enthaltenen Beimengung,

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was zu einer Ungleichmäßigkeit im Aufbau der gewachsenen Schichten führt. Unter dem Gesichtspunkt der Forschung und der technischen Herstellung ist es wichtig, gleichmäßig gewachsene Schichten zu erhalten. Wenn keine gleichmäßig gewachsenen Schichten erhalten werden, sind ununterbrochene Herstellungsverfahren nicht möglich und die Massenproduktion ist sehr schwierig. Die Massenproduktion durch ein die Temperatur herabsetzendes Verfahren erfordert einen ersten Schritt, bei dem die Temperatur erhöht wird, um das Halbleitermaterial im Sättigungszustand zu schmelzen, einen weiteren Schritt, bei dem nach dem Einbringen der Trägersubstanz in die Schmelze die Temperatur herabgesetzt wird, und schließlich einen Schritt, bei dem die Trägersubstanz aus der Schmelze herausgezogen wird, nachdem sich eine gewachsene Schicht auf der Trägersubstanz gebildet hat.

Demgemäß ist, ausser wenn der Vorgang der Temperaturänderung sehr langsam vorgenommen wird, wegen eines langen Zeitabschnittes für die Sättigung oder Trennung des Halbleitermaterials die Reproduzierfähigkeit äusserst niedrig. Wenn Schichten eines Lösungsmittels auf verschiedenen Temperaturen gehalten werden, und wenn ein Halbleitermaterial in der Schicht einer höheren Temperatur gesättigt wird, während eine Trägersubstanz in die Schicht einer niedereren Temperatur serienweise eingebracht wird, ist andererseits die Re-

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Produzierfähigkeit sehr groß, da nur die Zeit für das Einbringen der Trägersubstanz wahlweise geändert wird.

Eine Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Verfahren

und einen Apparat für die ununterbrochene Herstellung von

mit
Halblextervorrichtungenlvielschichtigem Wachstum , wie etwa eines Halbleiterlasers, einer hochwirksamen Lumineszenz-Diode oder ähnlichem· zu schaffen.

Gemäß dem Grundgedanken dfespr Erfindung wird eine in einer Gleitplatte gehaltene Träg-.-.rsubstanz nacheinander und dicht anschließend auf einer Anzahl von ersten Löchern verschoben, die der Reihe nach auf einem Schiffchen angeordnet sind, und in entsprechender Weise mit Lösungsvermittlern gefüllt sind, welche die entsprechenden Lösungsmittel enthalten. Eine Anzahl von mit den ersten Löchern entsprechend verbundenen zweiten Löchern sind in dem Schiffchen bei höheren Stellungen als jenen der ersten Löcher geschaffen. Die die entsprechenden Lösungsmittel enthaltenden Lösungsvermittler werden in entsprechender Weise in die zweiten Löcher gefüllt und auf entsprechende Temperaturen , die. höher sind als jene der Lösungsvermittler in den ersten Löchern, erhitzt. Die Lösungsmittel sind in den entsprechenden Lösungsvermittlern bei den ersten Löchern gesättigt.

Der Grundgedanke, der Aufbau und iüde Arbeitsweise

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dieser Erfindung gehen klar aus der folgenden genauen Beschreibung in Verbindung mit den dazugehörigen Zeichnungen hervor. Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1A und 1B Aufrisse, von denen jeder ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung für die Ausführung dieser Erfindung darstellt;

Fig. 1C eine Seitenansicht eines in den Fig.

1A oder 1B gezeigten Ausführungsbeispiels;

Fig. 2A einen Aufriß eines weiteren Ausführungsbeispieles der Erfindung für die Ausführung diese?Erfindung; und

Fig. 2B eine Charakteristik-Kurve zur Erklärung der Arbeitsweise des in Fig. 2A gezeigten Ausführungsbeispieles.

Wie in den Figuren 1A, 1B und 1C gezeigt ist, besitzt ein Schiff 7i das für die Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens benützt wird, eine Anzahl von Löchern la, 1_b bis Λ η eines Hochtemperaturteiles, die in entsprechender Weise mit einer Anzahl von Löchern 2a, 2ΐ> bis 2n seriell verbunden sind. Eie Löcher 1_a, 1_b bis 1jq des Hochtemperaturbereiches werden auf Temperaturen, die höher sind als jene der Löcher 2a, 2b bis 2n, und auf vorbestimm ten unterschiedlichen Niveaus gehalten, damit die Bewegung der die Lösungsmittel enthaltende Lösungsvermittler erleichtert wird. Zur gleichen Zeit wird ein zuvor vorberei-

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tetes Lösungsmittel in jedes ^er Löcher-1_a, Ib bis 1η. des Hochtemperaturbereiches eingesaugt und bei einer vorbestimmten Temperatur im wesentlichen bis zur Sättigung geschmülzen. Natürlich diffundiert der Lösungsvermittler in das Lösungsmittel und bewegt sich zusamen mit dem Lösungsmittel aufgrund des Niveauunterschiedes. Die Menge des Lösungsmittels wird durch dessen Sättigungslöslichkeit bestimmt, die von dessen Temperatur abhängt. Der im Lösungsmittel vorhandene Lösungsvermittler, der jedes der Locher 2a, 2b bis 2n erreicht hat, ist natürlich übersättigt und befindet sich daher' in einem Zustand, in dem er abgeschieden oder als Verbindung abgeschieden wird.

Jede der Gleitplatten -3a., 3b bis 3η.» die über den Löchern 2a, 2b, bis 2n. verschiebbar sind, besitzt eine auf der Unterseite angebrachte Trägersubstanz δ, die in einer gewünschten Stellung fest angebracht ist. Wenn eine erste Trägersubstanz in das Lösungsmittel in einem ersten Loch hineingesaugt wird, wird der Lösungsvermittler auf der Oberfläche ddr Trägersubstanz abgelagert und nach ausreichender Ablagerung wird die Gleitplatte von einer Führung oder dergleichen, die an einem Ende der Schablone vorgesehen ist, verschoben, so daß die Trägersubstanz zum nächsten Loch gebracht wird und von dessen Lösungsmittel wieder durchtränkt wird.

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Gleichzeitig wird die nachfolgende Trägersubstanz in dem Lösungsmittel des ersten Loches durchtränkt, so daß auf der Trägersubstanz auf ähnliche Weise eine Schicht wachst.

Die Trägersubstanzen, die die auf diese Weise in den Löchern 2a, 2b bis 2n, welche in Reihe angeordnet sind, der .Reihe nach gewachsenen Schichten tragen, werden nach aussen gebracht, nachdem im letzten Loch 2ri die letzte Schicht .angewachsen ist. Es ist vorteilhaft, die in der Reihe angeordneten Löcher 2a., 2b bis 2n in einem Block des gleichen Materials, z.B. Kohlenstoff, anzuordnen, da so die Temperaturdifferenz zwischen benachbarten Löchern klein gehalten wird.

Jedes der Löcher 2a, 2b bis 2_n besitzt eine Bedeckung 4, die die Löcher ganz abschließen soll um zu verhindern, daß eine Verunreinigung daraus ausfließt.

Ein genaueres Ausführungsbeispiel wird nun beschrieben.

Das Schiffchen 7 besteht aus Kohlenstoff und besitzt eine Größe von 20 χ 5 x 5cm. In dem Schiffchen 7 sind die Löcher 1a., Tb bis In. des Ilochtemperaturbereiches ausgebildet. Jedes der Löcher 1_a, Ib bis Ί^η ist 2cm lang, 2cm tief und 1cm breit. Jedes der Löcher 2a., 2b, bis 2n,die in entopre-

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chender Weise mit den Löchern 1a., 1b "bis In. des Hochtemperaturbereiches verbunden sind, "besitzen eine Größe iron 1 χ 1 χ 1 cm. Die Löcher 1a, 1Td "bis 1_n des Hochtemperaturbereiches werden auf einer Temperatur gehalten, die höher als jene der Löcher 2a, 2h "bis 2n. ist, wobei die Temperaturdifferenz dazwischen jeweils 50 C beträgt. Die beiden Löcher werden auf einem Niveauunterschied von 2 cm gehalten, um die Bewegung des Lösungsmittels zu erleichtern, das z.B. Ga enthaltendes GaAlAs oder GaAs sein kann. Zur gleichen Zeit wird ein im voraus vorbereiteter Lösungsvermittler in den Löchern des Hochtemperaturbereiches, der in einem Temperaturbereich von 900 C bis 850 C gehalten wird, eingesaugt. Es werden z.B. GaAs und Al in den Löchern 1a. und 1b_ und GaAs in dem Loch 1_c eingesaugt. In diesem Falle werden diese in dem im wesentlichen gesättigten Zustand geschmolzen. Im Querschnitt des Verbindungsteiles eines jeden Paares der Löcher la, 1b_ bis 1ja und 2a., 2b bis 2_n besitzt das Loch des Hochtemperaturbereiches eine Länge von 1cm und eine Breite von 0,8 cm, während jenes des Nidertemperaturbereich.es eine Länge von 0,8 cm und eine Breite von 0,6 cm besitzt. Weiter beträgt die Größe der Bedeckung 4 1,95 x 1,95 x 0;;'2 cm, und die Gleitplatten 3ü> 3]3 bis 3n sind 1,8 cm breit, 1 cm hoch und 30 cm lang und sind ,aus Kohlenstoff gebildet. Jede der Gleitplatten 3_a, 3b bis Jn ist mit einem Loch von 1,5 cm χ 0,5 cm für. die Aufnahme der Trägersubstanz 8 versehen. Die Gleitbe-

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wegung der Gleitplatte wird mittels einer Führungsvorrichtung ruhig "bewegend ausgeführt, die 0,4 cm "breit und 0,4 cm hoch ist und die an einem Ende der Schablone angeordnet ist.

Die oben erwähnte Temperaturdifferenz wird unten genauer beschrieben.

In dem Beispiel wird das Wachsen der Schichten bei einer Temperaturverteilung mit gleichmäßigen Gradienten erreicht, so daß die Löcher la, Ib bis In des Hochtemperaturbereiches in einem Temperaturbereich von 900 C bis 850⁰C gehalten werden wie mit a¹ und V angezeigt ist, und die Löcher 2a, 2b bis 2n in einem Temperaturbereich von 850⁰C bis 800⁰C gehalten werden, wie mit & und Td in dem Diagramm eines Halbleiter herstellenden Apparates gezeigt ist, der in dieser in Fig. 2 gezeigten Erfindung benützt wird. Selbst wenn jeder Temperaturunterschied von 50 C weiter vermindert wird und kein Temperaturgradient existiert, kann das Wachstum so lange bewirkt werden, wie eine Temperaturdifferenz zwischen den Löchern la, "Tb bis "kl und 2_a, 2b, bis 2n besteht.

Da jedoch die Wachstumsgeschwindigkeit der gewachsenen Schicht von der Temperaturdifferenz zwischen einem jeden Paar der entsprechenden Löcher la, 1b_ bis 1_n und 2a, 2b bis 2n abhängt, ist es notwendig, die Zeit fest zu wählen, in

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der die Treigersubstanz in die Löcher 2a, 2b "bis 2n gehalten wird. Wenn eine dicke Schicht in dem Fall eines mehrschichtigen Aufbaues gebildet wird, wird demgemäß die Temperaturdifferenz groß gewählt. Es gibt manche Anlässe, bei denen die Löcher 1_a, 1b_ bis In. des Hochtemperaturbereiches auf der gleichen Temperatur oder bei geringfügig unterschiedlichen Temperaturen gehalten werden und, um eine Wärmeleitung zwischen benachbarten Löchern zu vermeiden, es ist notwendig, die Löcher mittels eines Zwischenraumes zu trennen oder eine Brandmauer aus Quarz oder ähnlichem mit niedriger Wärmeleitfähigkeit vorzusehen. Die Löcher la und Tb sind z.B. um einen Millimeter voneinander getrennt, während die Löcher Tb und I₁C 1,5mm voneinander getrennt sind.

Während das tatsächliche Ausführungsbeispiel dieser Erfindung oben beschrieben wurde, können die Größe der entsprechenden Teile, der Lösungsvermittler, die Lösungsmittel usw. geeignet festgelegt werden entsprechend .-eines jeden Zweckes. Im Falle eines GaAs oder ähnlich aufgebauten Halbleiters ist es wünschenswert_? nach der Evakuierung in ein Vakuum oder in ein niedrigeres Vakuum eine Abscheidung in einer inerten oder nicht oxidierenden Gasatmosphäre auszuführen, so daß es im Falle einer solchen Reihentyp-Mengenfertigung vorteilhaft ist, die Herstellung auszuführen während die Trägersubstanzen durch einen vielstufigen Vakuumofen befördert werden, der Deckel 10 besitzt, die zwischen

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benachbarten Stufen der fortlaufend angeordneten Stufen vorgesehen sind.

Der Vakuumofen einer jeden Stufe ist 50 cm lang und besitzt einen Durchmesser von 8 mm, während ein Widerstandsofen 6 zum Heizen benützt wird. Ein Aluminiumrohr 11 mit einem Durchmesser von 18 mm ist um ein Ofenrohr mit einem inneren Durchmesser von 10 cm gewickelt und es wird eine wie in Fig. 2B gezeigte Temperaturverteilung benützt. Der Trägerkristall ist in Einschnitte eingefügt, die in einer nicht reaktionsfähigen Platte ausgebildet sind, und es ist vorteilhaft, die Trägersubstanz auf der Ofenschicht des Teiles gleiten zu lassen, der die in einer Reihe angeordneten Löcher 2a, 2b bis 2n besitzt. Das Lösungsmittel, das in dem Falle aus den Löchern ausläuft, in dem die Gleitplatten 3ει, 3b. bis 3d. ausgewechselt werden, kann für die Wiederersetzung des gesamten Lösungsmittels verwendet werden.

Die Gleitplatten 3&, 3b, bis 3*1» welche die darin eingebetteten Trägersubstanzen tragen, werden vorzugsweise auf

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Rädern oder auf einem Band bewegt. Wenn die Gleitbewegung einer jeden Gleitplatte, die sich an dem Glied, das die Löcher 2a, 2Jb bis 2n besitzt, befindet, in Gang gesetzt ist, wird die Gleitplatte mittels einer Führung verschoben, während sie

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in der Stellung relativ zum Glied fest "bleibt. In diesem Falle kann die Gleitplatte bewegt werden, indem die nachfolgende Gleitplatte oder ein zuvor vorgesehenes Glied einen mechanischen Druck darauf ausübt.

In dem Falle, in dem die Trägersubstanz durch einen vielstufigen Vakuumofen 5 hindurchläuft, sind die Deckel 10 des Vakuumofens der zwischen benachbarten G^eitplatten 3ib 3b, bis 3n liegenden Anschlußpunkte nach unten geschlossen um die entsprechenden Stufen auf einem.unterschiedlichen Vakuum zu halten. Auf diese Weise kann eine Halbleitervorrichtung mit vielschichtigem Aufbau leicht hergestellt werden. Die Befestigung von Elektroden läßt sich durch die Verwendung eines Teiles des vielstufigen Vakuumofens 5 leicht ausführen. In den Zeichnungen zeigten die Bezugszeichen Auslaßöffnungen, 3 Einlaßöffnungen für ein inertes oder nicht oxidierendes Gas-V 6 einen Widerstandsofen, 7 ein Schiffchen, 8 Trägersubstanzen und 9 ein Quarzrohr.

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OfHGlNAi INSPECTED

Claims (2)

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1. Verfahren zur Herstellung einer vielschichtigen Halbleitervorrichtung mittels Absonderung aus einer Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß eine in einer Gleitplatte (3,a, 3b_ oder Jn) gehaltene .Trägersubstanz (8) nacheinander und dicht abschließend zu einer Anzahl von auf einem Schiffchen (7) in einer Reihe angeordneten und mit entsprechende Lösungen enthaltende Lösungsvermittler gefüllten Löchern (2a, 2b bis 2ri) verschoben wird, und daß die die entsprechenden Lösungen enthaltenden Lösungsvermittler in eine Anzahl mit den Löchern (2a, 2b bis 2n) entsprechend verbundener und in dem Schiffchen (7) bei höheren Stellungen als jene der Löcher (2a., 2b bis 2n) vorgesehener zweiterLöcher,(la, 1b bis In) gefüllt und auf entsprechende Temperaturen erhitzt werden, die höher sind als jene der in den Löchern (2_a, 2b bis 2n.) enthaltenen Lösungsvermittler, wobei die Lösungsmittel in den entsprechenden Lösungsvermittlern bei den Löchern (2a, 2b ns 2_n) gesättigt sind.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach

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ORIGINAL INSPECTED

Anspruch Λ , gekennzeichnet durch eine von einer auf einer Gleitplatte (3a.? 3b, bis 3η.) gehaltenen Trägersubstanz (8) der Reihe nach dicht "bedeckten und .mit entsprechende Lösungsmittel enthaltende Losungsvermittlern gefüllte Anzahl von Löchern (2a, 2b "bis 2ri), die auf einem Schiffchen (7) in Reihe angeordnet sind, und durch eine mit Losungsvermittlern, die die entsprechenden Lösungsmittel enthalten und auf entsprechende !Temperaturen höher als die der in den Löchern (2ει, 2J3 "bis 2ri) enthaltenen Losungsveiraifctler erhitzt sind, gefüllte Anzahl von zweiten Löchern (1a, 1Td ■ "bis In), die entsprechend mit den Löchern (2_a, 2b Ms 2n) verbunden sind, wobei die Lösungsmittel in den entsprechenden Losungsvermittlern bei den Löchern (2a., 2b bis 2_n) gesättigt sind.

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