DE2425747A1 - Verfahren zum abscheiden epitaktischer schichten auf einem substrat aus der fluessigen phase - Google Patents

Verfahren zum abscheiden epitaktischer schichten auf einem substrat aus der fluessigen phase

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Description

Dipl.-Ing. H. Sauerland · Dr.-Jng. R. König ■ Dipl.-Ing. K. Bergen Patentanwälte · 4000 Düsseldorf au · Cecllienallee 76 · Telefon 43273a
27. Mai 1974 29 384 B
RCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza, New York, NeY. 10020 (V.St0A0)
"Verfahren zum Abscheiden epitaktischer Schichten auf einem Substrat aus der flüssigen Phase"
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Abscheiden epitaktischer Schichten aus einkristallinem Halbleitermaterial auf einem Substrat mit Hilfe der sogenannten "Flüssigphasen-Epitaxie".
In der US-PS 3 565 702 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abscheiden mehrerer epitaktischer Schichten nacheinander mit Hilfe der Flüssigphasen-Epitaxie beschrieben. Es hat sich herausgestellt, daß während des Hersteilens der epitaktischen Schichten eine starke Neigung besteht, daß entlang der Substratkante ein falsches oder ungewolltes dendritisches Wachstum auftritt«. Obwohl dieses dendritische Wachsen auf einen schmalen Bereich an der Kante des Substrats geschränkt ist, kann die Dicke des dendritischen Wachsens über der Oberfläche des Substrats relativ groß sein, und zwar bis zu 75 bis 100 /Zm0 Das dendritische Wachsen an der Kante des Substrats hat zwar kaum nachteiligen Einfluß auf das Wachstum der epitaktischen Schicht, von der es ein Teil ist0 Jedoch brechen die-, dendritischen Stellen während des Epitaxieprozesses sehr leicht ab, so daß Teile davon die Oberfläche der epitaktischen Schicht verschrammen können und somit diese
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Schicht beschädigen, was wiederum die Kristalleigenschaften der nachfolgenden epitaktischen Schicht nachteilig beeinflußt. Außerdem beeinträchtigen die Partikel des dendritischen Wachstums, sofern sie auf der Oberfläche der epitaktischen Schicht verbleiben, ein einwandfreies Niederschlagen der nächstfolgenden epitaktischen Schichte
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das ein ungewolltes dendritisches Wachsen vermeidet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zumindest ein Teil der Kante der Oberfläche des Substrats mit einem Streifen aus nicht reaktionsfähigem Material überzogen wird und die epitaktische Schicht aus einkristallinem Material auf dem unabgedeckten Teil der Oberfläche des Substrats niedergeschlagen wird.
Anhand der beigefügten Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Ausführungsform einer zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Vorrichtung, im Querschnitt;
Figo 2, 5 und 4 ein erfindungsgemäß hergestelltes Bauteil in verschiedenen Herstellungsphasen, in perspektivischen Darstellungen.
Gemäß Fige 1 ist eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung insgesamt mit 10 bezeichnet. Die Vorrichtung 10 weist ein Ofenschiffchen 12 aus inertem, hitzebeständigem Material, wie Graphit, aufο Das Schiffchen 12 ist an seiner Oberseite mit einem Paar mit Abstand voneinander angeordneter Ausnehmungen 14 und 16 versehen. Vom einen zum anderen Ende des Schiff-
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chens 12 erstreckt sich eine an den Böden der Ausnehmungen 14 und 16 verlaufende Führung 18 0 In der Führung 18 befindet sich ein beweglicher Schieber 20 aus hitzebeständigem Material, wie Graphit, so daß dessen obere Fläche die Bodenflächen der Ausnehmungen 14 und 16 bildete Der Schieber 20 ist an seiner Oberseite mit einer Vertiefung 22 versehen, die ein Substrat aufnimmt.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein flaches Substrat 24 auf einer ebenen Oberfläche 26 mit einem schmalen Streifen 28 aus nicht reaktionsfähigem Material abgedeckt (vgl0 Fig» Z)0 Unter "nicht reaktionsfähigem Material" ist in diesem Zusammenhang ein Material gemeint, das hinsichtlich epitaktischen Wachsens nicht kernbildendewirkt, und das undurchlässig für die Niederschlagslösung ist. Derartige Materialien sind bekannt; zu ihnen gehören zoB, Siliziumoxid, Siliziumnitrid und Aluminiumoxid«, Der Streifen 28 wird auf der Oberfläche 26 zumindest an einen Teil der Kante des Substrats anliegend aufgelegt. Der Streifen 28 kann auf das Substrat 24 mit irgendeiner bekannten Technik aufgelegt werden, wie beispielsweise mittels Vakuumaufdampfen unter Verwendung einer geeigneten Maske. Das Substrat 24 wird in der Vertiefung 22 des Schiebers 20 befestigt, und zwar derart, daß die Oberfläche 26 nach oben weist und parallel zur oberen Oberfläche des Schiebers 20 verläuft. Außerdem wird das Substrat 24 vorzugsweise derart in die Vertiefung 22 eingelegt, daß die Kante des Substrats, entlang der sich der Streifen 28 erstreckt, hinsichtlich der noch zu erläuternden Bewegungsrichtung des Schiebers die vordere, Leit- bzw. Führungskante darstellte Der Schieber 20 mit dem Substrat 24 in der Vertiefung 22 ist in einer Position dargestellt, in der sich die Vertiefung 22 nahe, jedoch außerhalb der Ausnehmung 14 befindet.
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In jede der Ausnehmungen 14 und 16 werden getrennte Chargen gebrachte Jede der Chargen besteht aus einer Mischung des Materials der herzustellenden epitaktischen Schicht und einem Lösungsmittel für dieses Material. Sofern die niederzuschlagenden epitaktischen Schichten aus HaIt(Ieitermaterial bestehen und jede der epitaktischen Schichten einen besonderen Leitfähigkeitstyp besitzen soll, wird jeder der Chargen ein Leitfähigkeitsmodifizierer zugefügt. Um beispielsweise epitaktische Schichten aus Galliumarsenid herzustellen, würde als Chargenmaterial Galliumarsenid verwendet werden, wobei das Lösungsmittel Gallium sein könnte und im Falle der Verwendung eines Leitfähigkeitsmodifizierers entweder Tellur oder Zinn für eine N-leitende Schicht oder Zink, Germanium oder Magnesium für eine P-leitende Schicht zugefügt würde.
Das beladene Ofenschiffchen 12 wird sodann in einen nicht dargestellten Ofen gegeben, der mit hochreinem Wasserstoff derart beschickt wird, daß der Wasserstoff über das Ofenschiffchen 12 streicht. Die Heizung des Ofens wird eingeschaltet, um den Inhalt des Schiffchens 12 auf eine Temperatur zu erhitzen, bei der das Lösungsmittel in jeder der Chargen schmilzt und die übrigen Bestandteile der Chargen im geschmolzenen·Lösungsmittel gelöst werden. Wenn das Material in den Chargen beispielsweise Galliumarsenid und das Lösungsmittel Gallium ist, kann das Ofenschiffchen auf eine Temperatur von ungefähr 800 bis 95O0C erhitzt werden,, Diese Temperatur wird solange aufrechterhalten, bis ein vollständiges Schmelzen und Homogenisieren der Bestandteile der Chargen sichergestellt ist. Somit entstehen aus den Chargen erste und zweite Lösungen 30 und 32, die das niederzuschlagende Material und gegebenenfalls vorgesehene Leitfähigkeitsmodifizierer im geschmolzenen Lö-
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sungsmittel enthalten.
Der Schieber 20 wird sodann in Richtung des Pfeiles 34 bewegt, bis sich das Substrat 24 in der Ausnehmung 14 befindet. Dadurch kommt die Substratoberfläche 26 und der Streifen 28 mit der ersten Lösung 30 in Kontakt. Die Temperatur des Ofens wird sodann abgesenkt, um das Schiffchen 12 und seinen Inhalt zu kühlen. Das Abkühlen der ersten Lösung 30 führt dazu, daß ein Teil des in der Lösung enthaltenen Materials ausgefällt wird und sich als erste epitaktische Schicht 36, wie in Fig. 3 dargestellt, auf der nicht abgedeckten Substratoberfläche 26 niederschlägt. Jedoch wird sich, wenn überhaupt, nur wenig Material auf dem Streifen 28 niederschlagen.
Der Schieber 20 wird sodann nochmals verschoben, um das Substrat 24 mit der darauf befindlichen ersten epitaktischen Schicht 36 aus der Ausnehmung 14 heraus und in die Ausnehmung 16 zu bewegen0 Dadurch kommt die Oberfläche der ersten epitaktischen Schicht 36 in Kontakt mit der zweiten Lösung 32. Die Temperatur des Ofens wird weiter gesenkt, um das Schiffchen 12 und seinen Inhalt weiter abzukühlen. Das Abkühlen der zweiten Lösung 32 führt dazu, daß ein Teil des in der zweiten Lösung befindlichen Materials ausgefällt wird und sich auf der ersten epitaktischen Schicht 36 als zweite epitaktische Schicht 38 niederschlägt, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Wiederum wird, wenn überhaupt, nur wenig Material dieser Lösung auf dem Streifen 28 niedergeschlagen. Der Schieber 20 wird sodann nochmals in Richtung des Pfeiles 34 verschoben, um das Substrat 24 mit den beiden "darauf befindlichen epitaktischen Schichten 36 und 38 aus dem Bereich der Ausnehmung 16 zu entfernen.
Während des Niederschiagens der epitaktischen Schicht
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auf dem Substrat 24 kann dendritisches Wachsen des Materials der epitaktischen Schicht entlang der Kanten des Substrats mit Ausnahme der Kante, entlang der sich der Streifen 28 erstreckt, eintreten«. Im Rahmen der Erfindung hat sich herausgestellt, daß der Streifen 28 aufgrund seiner Maskiereigenschaften das normale dendritische Wachsen des Materials der epitaktischen Schicht 36 entlang der Kante des Substrats 24, entlang der sich der Streifen 28 erstreckt, verhindert. Darüber hinaus wird überraschenderweise ein dendritisches Wachsen entlang dem Übergang zwischen der epitaktischen Schicht 36 und dem Streifen 28 unterdrückt. Da sich der Streifen 28 vorzugsweise entlang der Führungskante des Substrats bezüglich der Bewegungsrichtung des Schiebers 20 erstreckt, stellt sich entlang dieser Führungskante kein dendritisches Wachstum ein, das abgebrochen werden könnte, sobald der Schieber 20 bewegt wird, um das Substrat 24 aus der Ausnehmung 14 in die Ausnehmung 16 zu bringen. Somit wird durch die Anordnung des Streifens 28 an der Führungs- bzw. Vorlaufkante des Substrats das Problem des durch dendritische Teilchen auf der ersten epitaktischen Schicht 36 hervorgerufenen nachteiligen Einflusses auf das Niederschlagen der zweiten epitaktischen Schicht 38 vermiedene
Obgleich ein dendritisches Wachsen entlang der anderen Kanten grundsätzlich nicht dieselben Probleme mit dem gleichen Grad nachteiliger Folgen wie ein dendritisches Wachsen entlang der Führungskante bewirkt, kann der Streifen 28 auch entlang anderer als der Führungskante des Substrats vorgesehen sein, um gleichwohl einen Vorteil durch Vermeiden nachteiliger Einflüsse zu erhalten. Die Führungskante sowie andere, vielleicht benachbarte Kanten können natürlich Streifen 28 für zusätzlichen Schutz tragen. Obgleich das Substrat 24 beim beschriebe-
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nen Ausführungsbeispiel mit einer rechteckigen ebenen Oberfläche 26 dargestellt ist, kann die Erfindung auch bei ebenen Oberflächen eingesetzt werden, die irgendeine andere Form besitzen« Ein Teil oder sogar die gesamte Länge der Kante eines Substrats kann einen durchgehenden oder unterbrochenen Streifen tragen.
Obgleich das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Beispiels beschrieben wurde, bei dem ein Ofenschiffchen Verwendung findet, in welchem die die Lösungen enthaltenden Ausnehmungen geradlinig hintereinander angeordnet sind und der das Substrat tragende Schieber sich in Längsrichtung durch das Schiffchen erstreckt, kann das Verfahren selbstverständlich auch mit einem Schiffchen durchgeführt werden, in welchem die Ausnehmungen in Kreisform angeordnet sind und der das Substrat tragende Schieber sich unter den Ausnehmungen dreht« Außerdem kommen die Vorteile der Erfindung auch bei Schiffchen zur Geltung, die drei oder mehr, Lösungen enthaltende Ausnehmungen besitzen, um mehr als zwei epitaktische Schichten nacheinander ni e de rzus chlagen ο
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Claims (5)

RCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza, New York. N.Y. 10020 (V0St.A.') Patentansprüche;
1. Verfahren zum Herstellen einer epitaktischen Schicht aus einem einkristallinen Material auf der Oberfläche eines Substrats mittels Flüssigphasen-Epitaxie, dadurch gekennzeichnet , daß zumindest ein Teil der Kante der Oberfläche (26) des Substrats (24) mit einem Streifen (28) aus nicht reaktionsfähigem Material überzogen wird und die epitaktische Schicht (36 oder 38) aus einkristallinem Material auf dem unabgedeckten Teil der Oberfläche (26) des Substrats (24) niedergeschlagen wird»
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat auf einem Träger nacheinander in und aus Kontakt mit zwei oder mehreren mit Abstand voneinander angeordneten Ausnehmungen in einem Ofenschiffchen gebracht wird, wobei jede Ausnehmung die entsprechende Charge enthält, um nacheinander epitaktische Schichten auf der Substratoberfläche niederzuschlagen, dadurch gekennzeichnet , daß der mit dem Streifen (28) aus nicht reaktionsfähigem Material abgedeckte Kantenbereich bezüglich der Bewegungsrichtung des Trägers sich an einem vorderen, führenden Teil des Substrats befindet.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Streifen (28) zusätzlich an den dem vorderen Kantenteil benachbarten Kantenteilen des Substrats (24) vorgesehen ist„
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4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Streifen (28) entlang der gesamten Kantenlänge der Oberfläche des Substrats vorgesehen ist.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Streifen (28) aus einem anorganischen Material, wie Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder Aluminiumoxid besteht.
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