DE2418662A1 - PROCESS FOR THE FORMATION OF A PRECIPITATION FROM THE STEAM PHASE ON A VARIETY OF FLAT SUBSTRATES - Google Patents
PROCESS FOR THE FORMATION OF A PRECIPITATION FROM THE STEAM PHASE ON A VARIETY OF FLAT SUBSTRATESInfo
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Description
FPHX.7091. Va/EVH. 11.4. FPHX.7091. Va / EVH. 11.4.
GONTHHR M. HAVIDGONTHHR M. HAVID
Αητηε!. J: K.V. L-K auäLAMPÜiFABRIEKH 2418662Αητηε !. J: KV LK auäLAMPÜiFABRIEKH 2418662
Akte: PHBT- 7091 Anmeldung vom, 17. April 1974File: PHBT- 7091 Registration dated April 17, 1974
Verfahren zur Bildung eines Niederschlags aus der Dampfphase auf einer Vielzahl flacher SubstrateProcess for the formation of a precipitate from the vapor phase on a variety of flat substrates
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bildung eines Niederschlage auf einer Vielzahl flacher Substrate, bei einer bestimmten Temperatur bei dem die genannten Substrate in einer Zone eines rohrförmigen Raumes angeordnet werden, wonach ein Gasgemisch, das die niederzuschlagenden Elemente enthalt, deren Temperatur die der genannten Zone überschreitet, in den genannten Raum zu den genannten Substraten hin geführt wird*The present invention relates to a method of forming a precipitate on a plurality flat substrates, at a certain temperature at which said substrates are arranged in a zone of a tubular space, after which a gas mixture containing the Contains elements to be deposited, the temperature of which exceeds that of the specified zone, in the specified space is fed to the named substrates *
Zum Niederschlagen einer epitaktischen Schicht, s.B. au· Halbleitermaterial, auf einem geeigneten Substrat aus Elementen in der Dampfphase wird gewöhnlich eine VerschiebungFor the deposition of an epitaxial layer, see B. au · semiconductor material, on a suitable substrate Elements in the vapor phase will usually have a shift
des Gleichgewichts einer chemiechen Reaktion verwendet.the equilibrium of a chemical reaction.
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Ein bei einer Temperatur T^ chemisch stabiles Gasgemisch v±rd bei einer Temperatur T^, die niedriger als die Temperatur T ist, über das Substrat geführt. Die Reaktion, die das Niederschlagen bei Berührung mit dem Substrat herbeiführt, ist sehr langsam. Unter Berücksichtigung des geringen Gasstroms ist der Verbrauch reagierender Elenente nicht vernachlässigbar und insbesondere viel grosser als während einer Diffusionsbearbeitung, z.B, zum Diffundieren eines Dotierungselements in ein Halbleitersubstrat, wobei die Menge tatsächlich in das Substrat eindiffundierten Materials verhältnisraässig gering ist.A gas mixture that is chemically stable at a temperature T ^ v ± rd at a temperature T ^ which is lower than the temperature T is guided over the substrate. The reaction that the knockdown on contact with the substrate is very slow. Taking into account the low gas flow is the consumption of reactive elements is not negligible and in particular much greater than during diffusion processing, e.g., for diffusing a doping element into a semiconductor substrate, the amount actually being incorporated into the Substrate diffused material is relatively low.
Wenn man für eine Massenherstellung den Niederschlagvorgang auf einer möglichst grossen Anzahl von Substraten gleichzeitig durchzuführen versucht, müssen diese Substrate in demselben Raum angeordnet werden und muss über jedes der Substrate ein Gasstrom mit den Elementen der Reaktion geführt werden, Wenn die Substrate parallel zu dem Gasstrom angebracht werden und dieser Gasstrom, der laminar über die empfangenden Oberflächen geführt wird, nacheinander diese Substrate erreicht, wird das Gasgemisch allmählich ärmer an Reaktionselementen und nimmt die Dicke des Niederschlags von dem dem Einlass des Reaktionsgases am nächsten liegenden Substrat zu dem am weitesten von diesem Einlass entfernten Substrat ab. Es wurde versucht, den Effekt dieser Verarmung mit Hilfe eines Temperaturgradienten über die Bahn des Gasstromes zu korrigieren. Die Möglichkeiten zum Korrigieren sind jedoch durch die Kinetik der Reaktion beschränkt; derIf, for mass production, one considers the deposition process on as large a number of substrates as possible Attempts to perform simultaneously, these substrates must be placed in the same space and must be above each of the Substrates a gas flow with the elements of the reaction are conducted, If the substrates are attached parallel to the gas flow and this gas flow, which is guided laminar over the receiving surfaces, these one after the other Reaching substrates, the gas mixture gradually becomes poorer in reaction elements and the thickness of the precipitate increases from the one closest to the inlet of the reaction gas Substrate to the substrate furthest from this inlet. An attempt was made to reduce the effect of this impoverishment with the help of a temperature gradient over the path of the gas flow to correct. However, the possibilities for correction are limited by the kinetics of the reaction; the
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Gradient lässt sich schwer aufrechterhalten und.bringt eine Aenderung der Ziisaniineiisetzung des Niederschlags und/oder einer etwaigen Konzentration· an Dotierungsverunreinigungen mit sich, wenn es sich um einen dotierten Halbleiter handelt.Gradient is difficult to maintain and brings you Change in the setting of precipitation and / or a possible concentration of doping impurities if it is a doped semiconductor.
Wenn die Substrate ährenförmig, entweder senkrecht zu dem Gasstrom, oder mit einer gewissen Neigung in einer oder der anderen Richtung, angeordnet sind, ist der Nachteil der Verarmung des Gasstroms an Reaktionse1enenten nicht beseitigt, sogar in dem Falle, in dem der Träger, der zur Halterung der Substrate verwendet wird, die Form eines Gitters aufweist, wie z.B. in der OSA-Patent schrift 3 6?S 893 beschrieben ist, nach der die empfangende Oberfläche jedes Substrats nach unten gerichtet und von dem Einlass des Gasstromes abgekehrt istj der Niederschlag auf den nahe bei dem Einlass des Reaktionsgases angeordneten Substraten wächst schneller als der auf den weiter von diesem Einlass entfernten Substraten an.If the substrates are spike-shaped, either perpendicular to them the gas flow, or with a certain inclination in one or the other direction, are arranged, is the disadvantage of Depletion of reaction elements in the gas flow is not eliminated, even in the case where the carrier used to hold the substrates is in the form of a grid, as described e.g. in the OSA patent specification 3 6? S 893, according to which the receiving surface of each substrate is directed downwards and away from the inlet of the gas stream j the precipitate on the substrates arranged close to the inlet of the reaction gas grows faster than that the substrates further away from this inlet.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, diesen dem bekannten Verfahren anhaftenden Nachteil zu verringern und die Möglichkeit zu schaffen, auf. einer Vielzahl von Substraten Niederschläge nahezu der gleichen Dicke und Güte zu bilden,The present invention aims to match the known Process to reduce the inherent disadvantage and to create the possibility on. a variety of substrates precipitation to form almost the same thickness and quality,
Veiter bezweckt die Erfindung, die Verarmung an Reaktions· elementen eines Gasstromes auszugleichen, welcher Gasstrom über eine Reihe von Substraten geführt wird, um denselben Effekt auf diesen verschiedenen Substraten zu erhalten.Veiter aims the invention to reduce the depletion of reaction balance elements of a gas flow, which gas flow is passed over a number of substrates to the same Effect on these different substrates.
Ausserden bezweckt die Erfindung, einen epitaktischen Niederschlag mit einer zwischen bestimmten ToleranzgrenzenIn addition, the invention aims to produce an epitaxial deposit with between certain tolerance limits
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liegenden Dicke auf einem Gebilde kristalliner Substrate aus Elementen in der Gasphase zu erhalten,lying thickness on a structure of crystalline substrates from elements in the gas phase,
Nach der Erfindung ist das A'erfahren zur Bildung eines Niederschlags auf einer Vielzahl flacher. Substrate bei einer bestimmten Temperatur, bei dem die genannten Substrate in einer Zone eines rohrförmigen Raumes angeordnet sind, wonach ein Gasgemisch mit den niederzuschlagenden Elementen, deren Temperatur die der genannten Zone überschreitet, in den genannten Raum zu den genannten Substraten hin geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Substrate derart an Stellen längs der Bahn des Gasgemisches in dem genannten Raum angeordnet werden, dass die aufeinanderfolgenden Abstände zwischen benachbarten Substraten von dem ersten vom Gasstrom berührten Substrat zu dem den Auslass des genannten Stroms am nächsten liegenden Substrat zunehmen.According to the invention, the A'erfahren to form a Precipitation on a variety shallow. Substrates at a certain temperature at which the substrates mentioned in a zone of a tubular space are arranged, after which a gas mixture with the elements to be deposited, their The temperature exceeds that of the named zone, is fed into the named space to the named substrates, characterized in that said substrates are so in positions along the path of the gas mixture in said Space can be arranged that the successive distances between adjacent substrates from the first substrate contacted by the gas flow to the outlet of said flow increase on the closest substrate.
Die Substrate sind seitlich in bezug auf den das Gemisch im rohrförmigen Raum bildenden Gasstrom angeordnet und werden von diesem Gemisch nicht unmittelbar berührt; durch Diffusion aus dem genannten Gasstrom können die Bestandteile des Gemisches mit den niederzuschlagenden Elementen die empfangenden Oberflächen erreichen. Die Geschwindigkeit dieser Diffusion ist eine Funktion verschiedener Faktoren, die von dem Gasstrom selber und ebenfalls von den Zwischenräumen zwischen den Substraten abhängig sind. Es wurde gefunden, dass die Reaktionsgeschwindigkeit und somit die Niederschlaggeschwindigkeit auf einem Substrat grosser war,The substrates are arranged laterally with respect to the gas flow forming the mixture in the tubular space and are not directly affected by this mixture; by diffusion from the gas stream mentioned, the constituents of the mixture with the elements to be deposited reach the receiving surfaces. The speed this diffusion is a function of various factors, from the gas flow itself and also from the interstices are dependent between the substrates. It was found that the reaction rate and thus the Precipitation speed on a substrate was greater,
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-- 5"- ii.h.ik. - 5 "- ii.h.ik.
je grosser der Zwischenraum zwischen diesem Substrat und dem benachbarten Substrat war. Das Gasgemisch, das die niederzuschlagenden Elemente zuführt, diffundiert in die Räume zwischen den Substraten ein und verarmt längs seiner Bahn in dem Raum wegen des Verbrauches an den Niederschlag bildenden Elementen: die Vergrösserung der Zwischenräume zwischen den Substraten ändert die Diffusionsbedingungen und hat den Zweck, die Folgen dieser Verarmung auszugleichen. Die Niederschlagsgeschwindigkeiten auf den verschiedenen Substraten erreichen den Gleichgewichtszustand; die erhaltenen Niederschlagdicken sind nach einer bestimmten Zeitdauer praktisch einander gleich.the larger the space between this substrate and the adjacent substrate was. The gas mixture that supplies the elements to be precipitated diffuses into the rooms between the substrates and is depleted along its path in the space because of the consumption of the precipitate forming Elements: the enlargement of the spaces between the Substrates changes the diffusion conditions and has the purpose of compensating for the consequences of this depletion. The precipitation rates on the various substrates reach the state of equilibrium; the precipitate thicknesses obtained are practically equal to each other after a certain period of time.
Die Substrate bestehen im allgemeinen aus kleinen Platten, die meist eine rechteckige oder kreisförmige Gestalt aufweisen. Diese Substrate können einen kleinen Durchmesser oder eine weniger regelmässige Form oder voneinander verschiedene Abmessungen, aufweisen. Vorzugsweise wird, ungeachtet der Abmessungen und der Form der Substrate, der Diffusionseffekt des Gasstroms dadurch gewährleistet, dass jedes der Substrate auf einem Träger befestigt wird, der flach und dünn ist und dessen Oberfläche grosser als die des Substrats ist und der aus einem Material hergestellt ist, auf dem der Ni ed ei" schlag auf chemischem Wege nicht abgelagert werden kann. Diese Träger bestimmen zusammen eine Reihenfolge von Diffusionsvolumina, in denen die Substrate angeordnet sind. Der Diffusionseffekt und der Einfluss der gegenseitigen Abstände der SubstrateThe substrates generally consist of small plates, most of which are rectangular or circular in shape. These substrates can have a small diameter or a less regular shape or different dimensions, exhibit. Preferably, regardless of the dimensions and the shape of the substrates, the diffusion effect of the Gas flow ensures that each of the substrates is attached to a support that is flat and thin and the surface of which is larger than that of the substrate and which is made of a material on which the knife hits cannot be deposited chemically. These carriers together determine a sequence of diffusion volumes, in which the substrates are arranged. The diffusion effect and the influence of the mutual spacing of the substrates
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FPHN.70S>1 . - 6.- * 11.£.7^.FPHN.70S> 1. - 6.- * 11. £ .7 ^.
oder der Träger werden auf diese Veise unter optimalen Bedingungen ausgenutzt.or the carrier will be under optimal conditions in this way Conditions exploited.
Venn die Geschwindigkeit des Gasstromes gross ist, muss die Gefahr vermieden werden, dass ein Unterschied zwischen. den Dicken und Niederschlagsqualitäten der Substrate mit in der Strömungsrichtung des Gasgemisches orientierter Oberfläche und der Substrate mit in entgegengesetzter Richtung orientierter Oberfläche auftritt. Diese Gefahr wird dadurch vermieden, dass alle Substrate in derselben Richtung orientiert und die Substrate nur auf einer Fläche jedes Trägers befestigt v/erden, wenn überhaupt Träger verwendet werden. Die Substrate sind z.B. derart angeordnet, dass ihreempfangende Oberfläche in einer der Zufuhrrichtung des Gasstroms entgegengesetzten Richtung in dem Raum liegt. In diesem Falle wird kein einziges Substrat auf dem ersten Träger, angeordnet, der dem Einlass des Gasgemisches gegenüber liegt! dieser Träger dient als Schirm.If the speed of the gas flow is great, must avoid the risk of making a difference between. the thicknesses and precipitation qualities of the substrates with in the direction of flow of the gas mixture oriented surface and the substrates with oriented in the opposite direction Surface occurs. This risk is avoided in that all substrates are oriented in the same direction and the Only ground substrates attached to one face of each carrier, if carriers are used at all. The substrates are e.g. arranged so that their receiving surface is in a direction opposite to the supply direction of the gas flow lies in the space. In this case there won't be a single one Substrate on the first carrier, which is opposite the inlet of the gas mixture! this carrier serves as Umbrella.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der rohrförmige Raum, in dem die Substrate angeordnet, sind und in den das Gasgemisch eingeführt wird, einen praktisch rechteckigen Querschnitt auf, während die Substratträger ebenfalls rechteckig gestaltet und derart angeordnet sind, dass zwei symmetrische Gasströme mit praktisch identischen, rechteckigen Querschnitten gebildet werden} die Diffusion erfolgt aus diesem Strom in zwei zusammenfallenden Richtungen, wodurch die möglichen Unterschiede .in der Niederschlagdicke auf demselben Substrat herabgesetzt werden,In a preferred embodiment of the invention has the tubular space in which the substrates are arranged, are and into which the gas mixture is introduced, a practically rectangular cross-section, while the substrate carrier are also rectangular in shape and arranged in such a way that that two symmetrical gas flows with practically identical, rectangular cross-sections are formed} diffusion occurs from this stream in two coincident directions, which reduces the possible differences in the thickness of the precipitation be degraded on the same substrate,
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PPHK.7091. . - 7 r ' 11.4.7^.PPHK.7091. . - 7 r '^ 11.4.7.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist der rohrförmige Raum, in dem die Substrate angeordnet sind und in den das Gasgemisch eingeführt wird, einen kreisförmigen Querschnitt auf, während die Substrate und die Träger in der Achse des Raumes angeordnet werden«In another embodiment of the invention has the tubular space in which the substrates are arranged and into which the gas mixture is introduced is circular Cross-section while the substrates and the carriers are arranged in the axis of the room «
Die Mittel, durch die die Lagen der Träger in bezug auf den Raum bestimmt werden und die z.B. aus einem Gitter bestehen, werden dazu angebracht, möglichst wenig die Strömung des Gasstromes zu stören, aus dem die Diffusion zu den Substraten nahezu gleichmässig stattfinden soll, um die Niederschlagdickenunterschiede, die an irgendeinem Punkt des Substrats auftreten können, auf ein Mind estmass zu beschränken, insbesondere wenn die Oberfläche dieses Substrats verhältnismässig gross ist.The means by which the positions of the supports in relation to the space are determined and which, for example, consist of a grid exist, are attached to disturb the flow of the gas stream as little as possible, from which the diffusion to the substrates should take place almost evenly in order to avoid the differences in precipitation thickness that occur at any point in the Substrate can occur to be limited to a minimum, especially if the surface of this substrate is relatively is big.
Grosse Anzahlen von Substraten können gleichzeitig in einem rohrförmigen Raum nach der Erfindung behandelt werden. Es ist möglich, in· demselben Raum genügend grosser Abmessungen mehrere parallele Reihen von Trägern und Substraten zu behandeln, zwischen denen das Gasgemisch strömt. Die .Behandlung einer grossen Anzahl von Substraten in'derselben Bearbeitung von einem einzigen Gaseinlass aus gewährleistet die Homogenität der Niederschlagzusammensetzung, die sonst durch eine YJiederholung einer Behandlung für jeweils eine kleine Anzahl von Substraten schwieriger gewährleistet werden kann*Large numbers of substrates can be treated simultaneously in a tubular space according to the invention. It is possible to treat several parallel rows of supports and substrates in the same room of sufficiently large dimensions, between which the gas mixture flows. The treatment a large number of substrates in the same processing from a single gas inlet ensures the homogeneity of the precipitation composition, which would otherwise be caused by a repetition a treatment for a small number of substrates is more difficult to guarantee *
Es versteht sich, dass der zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung verwendete Raum beliebig orientiertIt goes without saying that to carry out the procedure according to the invention used space oriented as desired
A09847/0763 ' -A09847 / 0763 '-
FPHIi". 7091 . ' - S - 11,4.72UFPHIi ". 7091. '- S - 11.4.7 2 U
werden kann» Es ist jedoch, günstiger, diesen Raum derart anzuordnen, dass die empfangenden Oberflächen der Substrate nahezu senkrecht gerichtet sind, wodurch die Gefahr einer Verunreinigung des Niederschlags mit Verunreinigungen, die unter der Einwirkung der Schwerkraft auf diese empfangenden Oberflächen fallen, vermieden wird.can be »It is, however, cheaper to have this room like this to arrange that the receiving surfaces of the substrates are directed almost perpendicular, reducing the risk of a Pollution of the precipitate with impurities received under the action of gravity on them Surfaces falling, is avoided.
Die Regel der Vergrösserung der Zwischenräume, die es ermöglichen muss, Verarmung des Gasgemisches an zur Bildung eines Niederschlags erforderlichen Elementen auszugleichen, wird durch Versuche bestimmt j die Verarmung längs des Gasstrome ist in der Tat eine Punktion zahlreicher Faktoren, die insbesondere "von den niedergeschlagenen Körpern, von der Zusammensetzung des Gasgemisches, von der Form und von den Abmessungen des Ratiraes und von der Temperatur des Gasgemisches und der Substrate abhängig sind. Vorzugsweise ist die VergrBsserung der Zwischenräume nahezu linear, Z.B. bei Trägern, deren Grösstabmessung 20 bis SO min beträgt, ist der Mindestzwischenraum 5 bis 15 mm und die VergrSsserung 0,5 bis 2 mm pro Zwischenraum» Die Erfahrung zeigt, dass es günstig ist, zu gleicher Zeit die beiden die NiederSchlaggeschwindigkeit bestimmenden Faktoren auf den Substraten zu verwenden, und zwar einerseits die Temperatur der Substrate und andererseits die Zwischenräume zwischen den Substraten. Ein Temperaturgradient längs einer Reihe von Substraten in Verbindung mit einer Vergrösserung der Zwischenräume swlscheii den Substraten ermöglicht es, eine Glsichn^ssigkeit i-r m^äerThe rule of increasing the interstices, which must make it possible to compensate for the depletion of the gas mixture in the elements necessary for the formation of a precipitate, is determined by experiment , on the composition of the gas mixture, on the shape and dimensions of the ratiraes and on the temperature of the gas mixture and the substrates the minimum gap 5 to 15 mm and the enlargement 0.5 to 2 mm per gap on the other hand, the spaces between the substrates A temperature gradient along a number of substrates in conjunction with an increase in the interstices between the substrates makes it possible to achieve uniformity in the outer surface
FPHN.7O9 Λ . - 9 - 11.4.71UFPHN.7O 9 Λ . - 9 - 11.4.7 1 U
und zugleich eine Homogenität der Niederschlagzusanimensetzung zu erhalten. Z.B. "bei einem Niederschlag eines dotierten Halbleitermaterials kann die Dotierungskonzentration von einem Substrat zu dem anderen .dadurch konstant gehalten werden, dass zugleich eine Vergrösserung der Zwischenräume zwischen den Substraten und ein Temperaturgradient von einem Substrat zu dem anderen herbeigeführt werden, während ein einziger Temperaturgradient, sogar wenn er es ermöglicht, teilweise den allmählichen Verarmungseffekt des Gasstroms auf die Niederschlagdicke auzugleichen, eine unerwünschte Aenderung der Dotierung mit sich bringt.and at the same time a homogeneity of the precipitation composition to obtain. E.g. "in the case of a precipitate of a doped Semiconductor material can increase the doping concentration of one substrate to the other .thereby kept constant be that at the same time an enlargement of the gaps between the substrates and a temperature gradient from one substrate to the other can be brought about during a only temperature gradient, even if it allows, partly the gradual depletion effect of the gas flow to compensate for the thickness of the precipitation, an undesirable one Bringing change in the doping.
Die Erfindung kann zum Niederschlagen von Material . verwendet werden, das durch Reaktion aus der Dampfphase aus Verbindungen gebildet werden kann, deren Gleichgewicht durch Temperaturherabsetzung geändert wird. Die Erfindung wird insbesondere zum Niederschlagen von Halbleitermaterialien, polykristallinen oder einkristallinen Materialien, angewandt. Das Verfahren nach der Erfindung lässt sich insbesondere zum epitaktischen einlcristallinen Niederschlagen von Halbleiterverbindungen verwenden, die mindestens ein Element aus den Spalten II und III des periodischen Systems von Elementen und mindestens ein Element aus den Spalten V und VI dieses Systems enthalten, z.B. Galliumarsenidphosphid, das aus Galliumchlorid und gasförmigen Verbindungen von Phosphor und Arsen in einem Tvasser stoff strom niedergeschlagen wird. In diesen Falle wird z.B. Siliciumquarz oder Siliciumoxid verwendet.The invention can be used to deposit material. can be used, which is made by reaction from the vapor phase Compounds can be formed whose equilibrium is changed by lowering the temperature. The invention will used in particular for depositing semiconductor materials, polycrystalline or monocrystalline materials. The method according to the invention can be used in particular for the epitaxial single-crystal deposition of semiconductor compounds use at least one element from columns II and III of the periodic table of elements and contain at least one element from columns V and VI of this system, e.g., gallium arsenide phosphide, which is composed of Gallium chloride and gaseous compounds of phosphorus and arsenic are precipitated in a water stream. In these Trap is used, for example, silicon quartz or silicon oxide.
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FPHM.7091.FPHM.7091.
- ήΰ - 11.4.74.- ήΰ - 11.4.74.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf die Platten aus kristallinem Halbleitermaterial mit einem epitaktischen Niederschlag, der durch ein Verfahren nach einer der verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen erhalten ist.The present invention also relates to the sheets of crystalline semiconductor material having an epitaxial Precipitate obtained by a method according to one of the various described embodiments.
Die Erfindtmg v.-ird nachstehend beispielsweise an HandThe invention is illustrated below by way of example
der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:the drawing explained in more detail. Show it:
Pig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einePig. 1 shows a schematic longitudinal section through a
Vorrichtung zum Durchführen eines bekannten Niederschlagverfahrens mit Kurven, die die angewandten Temperaturen und die erhaltenen Dicken darstellen}Apparatus for carrying out a known precipitation process with curves showing the temperatures used and the thicknesses obtained}
Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemässe Anordnung von Substraten; 2 shows a schematic longitudinal section through an arrangement of substrates according to the invention;
Fig. 3 einen, scheraatisehen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemässen Niederschlag-Verfahrens j 3 shows a schematic longitudinal section through a device for carrying out the precipitation method according to the invention j
Fig. 4 einen Querschnitt längs der Linie BB der Fig. durch eine Niederschlagvorrichtung nach der Erfindung, und4 shows a cross section along the line BB of FIG. 1 through a precipitation device according to the invention, and FIG
Fig. 5 einen Längsschnitt längs der Linie AA der Fig. durch dieselbe Vorrichtung,FIG. 5 shows a longitudinal section along the line AA of FIG. by the same device,
Zur Bildung eines epitaktischen Niederschlags auf einer Vielzahl von. Substraten 3 (Fig. 1) können nach den bekannten Verfahren diese Substrate auf ein Gestell 2 gesetzt werden, das in einem rohrförmigen Raum 1 angeordnet ist. Ein Gasgemisch, das bei einer Temperatur T- chemisch im Gleichgewicht I ist, wird zu 4 geschickt, wobei die Substrate 3 auf einer Temperatur T« gehalten werden, die niedriger als T1 ist.To form an epitaxial precipitate on a variety of. Substrates 3 (FIG. 1), these substrates can be placed on a frame 2, which is arranged in a tubular space 1, according to the known method. A gas mixture which is chemically in equilibrium I at a temperature T 1 is sent to 4, the substrates 3 being kept at a temperature T 1 which is lower than T 1.
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HX»7091. - 11 - 11.4.7'*· HX »7091. - 11 - 11.4.7 '*
Der Gasstrom 5 wird beim Hindurchführen durch den Raum Krmer wegen des Verbrauchs an niedergeschlagenen Elementen und das bei 6 abgeführte Gasgemisch weist eine niedrigere Konzentration als bei seiner Zufuhr bei. h auf» (Der Gehalt an nicht gebrauchter. Nebenprodukten der Reaktion kann dagegen höher sein). T7enn die Substrate 3 in- gleichen gegenseitigen Abständen angeordnet sind, wobei sie entweder senkrecht zu dem Gasstrom (Fig. 1) oäex" parallel zu diesem Strom angebracht sind, ist die Dicke des auf den Substraten gebildeten Niederschlags nicht gleichiiiässig, weil' die zuerst erreichten Substrate einen dickeren Niederschlag als die zulet2t erreichten Substrate empfangen. Der Unterschied zwischen den Dicken des ersten Substrats 3^· lind des letzten Substrats 3z ist beträchtlich. Die Kurve C«, die den schematischen Schnitt durch den Raum darstellt, zeigt den Verlauf der Dicke als Funktion des Abstandes X zwischen einem der Substrate und dem Substrat "}ά. Um Abweichungen zwischen e (Dicke des Niederschlags auf dem Substrat 3a) und &λ (Dicke des Niederschlags auf dem Substrat 3z) zu vermeiden, kann ein Temperaturgradient entlang des Raumes 1 hervorgerufen werden; die Kurve der Temperatur T als Funktion des Abstandes X, die bei einer für alle Substrate gleichen Temperatur die Kurve C, ist, kann dann durch die Kurve C2 ersetzt werden. Die allmähliche Abnahme der Temperatur der Substrate zwischen T1 vsjiu. T2 gleicht nur teilweise die Verarmung des Gasstroms ans3 es werden Niederschlagdicken gonäss der Kurve C», erhalten, die in dem Bereich von e- bis ec ) ε4 liegen*The gas stream 5 becomes when it is passed through the space Krmer because of the consumption of precipitated elements and the gas mixture discharged at 6 has a lower concentration than when it was fed in. h on »(The content of unused. by-products of the reaction, on the other hand, can be higher). If the substrates 3 are arranged at equal mutual distances, either perpendicular to the gas flow (FIG. 1) or parallel to this flow, the thickness of the precipitate formed on the substrates is not uniform because they reached first Substrates receive a thicker deposit than the last substrate reached. The difference between the thicknesses of the first substrate 3 ^ and the last substrate 3z is considerable. The curve C «, which represents the schematic section through space, shows the course of the thickness as Function of the distance X between one of the substrates and the substrate "} ά. In order to avoid deviations between e (thickness of the deposit on the substrate 3a) and λ (thickness of the deposit on the substrate 3z), a temperature gradient can be created along the space 1; the curve of the temperature T as a function of the distance X, which is curve C i for a temperature that is the same for all substrates, can then be replaced by curve C 2 . The gradual decrease in the temperature of the substrates between T 1 vsjiu. T 2 only partially resembles the impoverishment of the gas flow ans3 precipitation thicknesses are obtained according to curve C », which lie in the range from e to e c ) ε 4 *
4 1 ft .' ,·? <Q Γι C- T$ 4 1 ft. ' , ·? <Q Γι C- T $
PPKN". 70? 1 .PPKN ". 70? 1.
Nach der Erfindung werden zur Verringerung dieses Nachteils die Substrate z.B. auf die in Fig. 2 dargestellte Weise angeordnet, Substrate 23 werden auf flachen und dünnen Trägerplatten 22 senkrecht zu den mit den Pfeilen 24 angegebenen Ga-sströmen befestigt, die in der Längsrichtung in einen Raum 21 fliessen und zu den Substraten 23 hin in den mit den Pfeilen 25 angegebenen Richtungen diffundieren. Die Träger werden derart in dein Raum angeordnet, dass um diese Träger herum ein Raum gebildet wird, der ein Durchführungsrohr für das Reaktionsgemisch bildet, wobei die Abstände zwischen jedem Substrat und dem benachbarten Träger in der Strömuiigsrichtung des Gasstroms 24 zunehmen; wenn der Abstand d gleich d für das Substrat der η Ordnung und d für das Substrat der (n+1 ) Ordnung ist, ergibt sich, dass d ^d ist. Der minimale gegenseitige Abstand d.. zwischen dem ersten Stibstrat und dem nächsten Träger ist als Funktion der für die Gleichmässigkeit der Dicke des Niederschlags auf jedem Substrat zulässigen Toleranz bestimmt.According to the invention, in order to reduce this disadvantage, the substrates are modified, for example, to that shown in FIG Arranged way, substrates 23 are on flat and thin Carrier plates 22 perpendicular to those indicated by arrows 24 Gas streams attached, which flow in the longitudinal direction into a space 21 and towards the substrates 23 in the diffuse directions indicated by arrows 25. the Carriers are placed in your room in such a way that around them A space is formed around the beam, which is a duct for the reaction mixture, the distances between each substrate and the adjacent support in the Increase the direction of flow of the gas stream 24; if the distance d equals d for the substrate of the η order and d for the substrate of the (n + 1) order, it follows that d ^ d is. The minimum mutual distance d .. between the first stibstrat and the next bearer is as a function that for the evenness of the thickness of the precipitate permissible tolerance determined on each substrate.
Die empfangenden Oberflächen der in Fig. 2 dargestellten Substrate liegen nicht dem Einlass des Gasstroms gegenüber, sondern erstrecken sich in der entgegengesetzten Richtung, Dagegen sind die in Fig. 3 gezeigten Substrate 33 auf Trägern in einem rohrförmigen Raum 31 befestigt und befinden sich dem Einlass des Dampfgemisches gegenüber, das den Gasstrom bildet. Der Abstand zwischen jedem Substrat und dem benachbarten Träger nimmt in der Richtung des Gasstroms zu. Um den direktenThe receiving surfaces of the substrates shown in Fig. 2 do not face the inlet of the gas flow, but extend in the opposite direction. In contrast, the substrates 33 shown in FIG. 3 are on carriers fixed in a tubular space 31 and are located opposite the inlet of the vapor mixture that carries the gas flow forms. The distance between each substrate and the neighboring one Carrier increases in the direction of gas flow. To the direct
409847/0763409847/0763
FPHIT. 70? 1 .FPHIT. 70? 1 .
- 13 - 11Λ.72». '- 13 - 11Λ.7 2 ». '
Kontakt dos Reaktionsgemisches mit dem zuerst erreichten Substrat zu vermeiden, ist eine Platte 36, die mit dem Träger 32 identisch, ist, diesem Substrat 35 vorgeordnet.To avoid contact of the reaction mixture with the substrate reached first, a plate 36, which is attached to the Carrier 32 is identical, is arranged upstream of this substrate 35.
Eine ähnliche Massnahme ist bei der in den Fig, 4 und dargestellten Vorrichtung getroffen. Rechteckige Substrate ruhen auf rechteckigen leicht geneigten Trägern 42, die einen Teil einer Platte 47 bilden,- Diese Träger sind z.B. auf einer ■ Platte mit Hilfe von Eckstücken 49 mit minimalen Abmessungen befestigt, dass die Diffusion im Raum '+0 zwischen den Trägern und Substraten nicht gestört wird. Diese letzteren werden durch die Schwerkraft und durch das Vorhandensein von Anschlagnocken 48 an der Stelle gehalten. Die Platte 47 wird derart in einem rohrförmigen Reaktor 41 rechteckigen Querschnittes angeordnet, dass zu beiden Seiten der Träger zwei gleiche Durchgänge 44 und 45 für das Strömen des Gasgemisches verbleiben, das bei 51 eintrifft und dann in die Räume 4Ό hineindiffundiert, deren Breite allmählich zvinimmt. Die Diffusion aus den beiden Gasströmen erfolgt symmetrisch ,A similar measure is taken in the case of the FIGS. 4 and 4 shown device hit. Rectangular substrates rest on rectangular, slightly inclined supports 42, the one Form part of a plate 47, - These carriers are, for example, on a Plate with the help of corner pieces 49 with minimal dimensions attached that diffusion in the space '+0 between the beams and substrates are not disturbed. These latter are made possible by gravity and by the presence of stop cams 48 held in place. The plate 47 becomes such arranged in a tubular reactor 41 of rectangular cross-section, that on both sides of the carrier two identical Passages 44 and 45 remain for the flow of the gas mixture, which arrives at 51 and then diffuses into the spaces 4Ό, the width of which gradually diminishes. The diffusion from the two gas flows takes place symmetrically,
Eine Platte 46, die mit einem Träger 42 identisch ist, verhindert, dass das erste Substrat direkt dem Gasstrom ausgesetzt wird, der in den Raum gelangt. Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens in einer der Vorrichtung nach den Fig. 4 und 5 analogen Vorrichtung wird nachstehend beschrieben.A plate 46, which is identical to a carrier 42, prevents the first substrate from being directly exposed to the gas flow entering the room. An embodiment of the method according to the invention in one of the devices according to Figs. 4 and 5 analog device will be described below.
Auf einer Platte mit zwanzig Trägern aus Siliciumoxid werden neunzehn Substrate aus Galliumarsenid angeordnet.Nineteen gallium arsenide substrates are placed on a plate with twenty silicon oxide carriers.
409847/0763409847/0763
PPHN,7091. - i£ - 11.4.74.PPHN, 7091. - i £ - 4/11/74.
Die Abraessungen der Träger sind 40 χ 4θ mm und die gegenseitigen Abstände der benachbarten Träger variieren von 10 bis zu 20 mm nach einer praktisch linearen arithmetischen Reihe, Die Platte mit ihrer Ladung wird in einen rohrförmigen Reaktor mit Innenabmessungen von 70 χ 4θ mm gesetzt, wobei zwei Durchgänge von 4θ χ 15 nim Tür das Strömen des Gasgemisches zu beiden Seiten der. Träger frei gelassen werden. Die Platte wird derart orientiert, dass der erste Trager, der kein Substrat trägt, auf der Seite des Gaseinlasses liegt, auf der auch der minimale gegenseitige Abstand auftritt.The dimensions of the beams are 40 χ 4θ mm and the dimensions are mutual Distances between neighboring beams vary from 10 up to 20 mm according to a practically linear arithmetic series, the plate with its charge turns into a tubular Reactor set with internal dimensions of 70 χ 4θ mm, where two passages of 4θ χ 15 nin the door the flow of the gas mixture on both sides of the. Carrier to be left free. The plate is oriented in such a way that the first carrier, the does not carry a substrate, lies on the side of the gas inlet on which the minimum mutual distance also occurs.
Der Reaktor wird mit Hilfe von Wasserstoff gereinigt und dann auf Temperatur gebracht, wobei die Substrate anschliessend auf einer Temperatur zwischen 750 und 800°C mit einem Gradienten von 100C zwischen den Endsubstraten gehalten werden. Ein Gasgemisch mit den niederzuschlagenden Elementen, unter denen die etwaigen Dotierungselemente, das mit Wasserstoff verdünnt und auf eine Temperatur von etwa '9000C gebracht ist, wird mit einer Gesamtdurchströmungsgeschwindigkeit von 10 l/min zu der Platte mit Substraten geführt.The reactor is cleaned with the aid of hydrogen and then brought up to temperature, the substrates are then maintained at a temperature from 750 to 800 ° C with a gradient of 10 0 C between the Endsubstraten. A gas mixture with the elements to be deposited, among which the possible doping elements, which is diluted with hydrogen and brought to a temperature of about 900 ° C., is fed to the plate with substrates at a total flow rate of 10 l / min.
Ein unter diesen Bedingungen gebildeter Niederschlag aus Galliumarsenidphosphxd mit einer mittleren Dicke von 60 /um weist eine Höchstabweichung von 5/0 zwischen den Dicken der Niederschläge auf den verschiedenen Substraten und zugleich eine Abweichung von weniger als 20fo zwischen den Dotierungsverunreinigungskonzentrationen auf.A precipitate of gallium arsenide phosphide formed under these conditions with an average thickness of 60 / µm has a maximum deviation of 5/0 between the thicknesses of the precipitation on the different substrates and at the same time a deviation of less than 20fo between the Dopant impurity concentrations.
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