DE2425747C3 - Verfahren zum Herstellen epitaktischer Schichten auf einem Substrat mittels Flüssigphasen-Epitaxie - Google Patents
Verfahren zum Herstellen epitaktischer Schichten auf einem Substrat mittels Flüssigphasen-EpitaxieInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen epitaktischer Schichten aus einkristallinem
Material auf der Oberfläche eines Substrats mittels Flüssigphasen-Epitaxie, wobei das Substrat auf einem
Träger nacheinander in Kontakt mit zwei oder mehreren, mit Abstand voneinander angeordneten, in
Ausnehmungen eines Ofenschiffchens befindlichen Schmelzchargen für das Epitax-Material gebracht wird.
Ein derartiges Verfahren ist aus der DT-OS 20 06 189
bekannt. Weiterhin wird in der DT-OS 21 62 312 ein selektives Verfahren zum Wachsen bzw. Züchten einer
Halbleiterschicht aus der flüssigen Phase beschrieben, bei dem in zwei Stufen gearbeitet wird. Es hat sich
herausgestellt, daß während des Herstellens der epitaktischen Schichten eine starke Neigung besteht,
daß entlang der Substratkante ein falsches oder ungewolltes dendritisches Wachstum auftritt. Obwohl
auf einen schnellen Bereich an der Kante des Substrats beschränkt, kann die Dicke des dendritischen Wachsens
über der Oberfläche des Substrats relativ groß sein, und zwar bis zu 75 bis 100 μηι. Das dendritische Wachsen an
der Kante des Substrats hat zwar kaum nachteiligen Einfluß auf das Wachstum der epitaktischen Schicht,
von der es ein Teil ist Jedoch brechen die dendritischen Stellen während des Epitaxieprozesses sehr leicht ab, so
daß Teile davon die Oberfläche der epitaktischen Schicht verschrammen und diese somit beschädigen
können, was wiederum die Kristalleigenschaften der nachfolgenden epitaktischep Schicht nachteilig beeinflußt.
Außerdem beeinträchtigen die Partikel der dendritischen Stellen, sofern sie auf der Oberfläche der
epitaktischen Schicht verbleiben, ein einwandfreies Niederschlagen der nächstfolgenden epitaktischen
Schicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das
ein ungewolltes dendritisches Wachsen vermeidet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß vor der Epitaxie zumindest ein Teil des Kantenbereiches der Oberfläche des Substrats mit einem Streifen
aus nicht reaktionsfähigem Material überzogen wird. Dadurch wird gewährleistet, daß während der Epitaxie
keine über den Rand des Substrats ungewollt hinauswachsenden dendritischen Zonen entstehen können,
die eine Gefahr der Beschädigung der Oberfläche der epitaktischen Schicht darstellen. Weiterhin ist durch
das Verhindern des Entstehends sehr leicht brechender dendritischer Stellen dafür gesorgt, daß die Kristalleigenschaften
der nachfolgenden epitaktischen Schicht einwandfrei erhalten bleiben, weil sich diese Schicht
sauber niederschlagen kann.
Anhand der beigefügten Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt
Anhand der beigefügten Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine Ausführungsform einer zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Vorrichtung,
im Querschnitt,
Fig.2, 3 und 4 ein erfindungsgemäß hergestelltes Bauteil in verschiedenen Herstellungsphasen, in perspektivischen Darstellungen.
Fig.2, 3 und 4 ein erfindungsgemäß hergestelltes Bauteil in verschiedenen Herstellungsphasen, in perspektivischen Darstellungen.
Gemäß Fig. 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, auf. 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 Schiffchens 12 erstreckt sich eine an den Böden der Ausnehmungen 14
und 16 verlaufende Führung 18. 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
J5 bildet 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 (vgl. Fig.2).
Unter »nicht reaktionsfähigem Material« ist in diesem Zusammenhang ein Material gemeint das hinsichtlich
epitaktischen Wachsens nicht kernbildend wirkt und das undurchlässig für die Niederschlagslösung ist Derartige
Materialien sind bekannt; zu ihnen gehören z. B. 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
so 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- oder Vorlaufkante darstellt 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.
πι In jede der Ausnehmungen 14 und 16 werden
getrennte Chargen gebracht 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 Halbleitermaterial bestehen und jede der epitaktischen Schichten einen besonderen
Leitfähigkeitstyp besitzen soll, wird jeder der Chargen ein Leitfähigkeitsmodifizierer zugefügt Un 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-le?tende 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 Ofenschh'fchen 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 9500C 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 Lösungsmittel
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 F i g. 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 bewegen. 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 F i g. 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 ω
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 36 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 vorderen oder 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 vermieden.
Obgleich ein dendritisches Wachstum entlang der anderen Kanten grundsätzlich nicht dieselben Probleme
mit dem gleichen Grad nachteiliger Folgen wie ein dendritisches Wachsen entlang der Vorlaufkante
bewirkt, kann der Streifen 28 auch entlang anderer als der Vorlaufkante des Substrats vorgesehen sein, um
gleichwohl einen Vorteil durch Vermeiden nachteiliger Einflüsse zu erhalten. Die Vorlaufkante sowie andere,
vielleicht benachbarte Kanten können natürlich Streifen 28 für zusätzlichen Schutz tragen. Obgleich das Substrat
24 beim beschriebenen 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 niederzuschlagen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung epitaktischer Schichten aus einkristallinem Material auf der Oberfläche
eines Substrats mittels Flüssigphasen-Epitaxie, wobei das Substrat auf einem Träger nacheinander in
Kontakt mit zwei oder mehreren, mit Abstand voneinander angeordneten, in Ausnehmungen eines
Ofenschiffchens befindlichen Schmelzchargen für das Epitax-Material gebracht wird, dadurch
gekennzeichnet, daß vor der Epitaxie zumindest ein Teil des Kantenbereiches der Oberfläche
(26) des Substrates (24) mit einem Streifen (28) aus nicht reaktionsfähigem Material überzogen wird.
Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Streifen (28) quer zur Bewegungsrichtung
des Trägers ausgerichtet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Streifen (28) außerdem an den
seitlichen Kantenbereichen oder entlang der gesamten Kantenlänge des Substrates (24) vorgesehen
werden.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Streifen (28) aus Siliciumoxid,
Siliciumnitrid oder Aluminiumoxid abgeschieden werden.
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