DE2726508C2 - Verfahren zum Herstellen von aus der Gasphase niedergeschlagenen Schichten auf Substraten - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von aus der Gasphase niedergeschlagenen Schichten auf Substraten

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Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Niederschlagen von Schichten auf Substraten nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die mit der gleichmäßigen Verteilung von Reaktionsstoffen über Halbleiterscheiben zusammenhängenden Probleme sind seit langem Gegenstand von Untersuchungen, zu deren Lösung auch bereits vielfältige Vorschläge gemacht worden sind. So ist in einem Aufsatz von P. Parekh u. a. in der Zeitschrift Proceedings of the IEEE, Vol.57, No.9, September 1969, Seiten 1507 bis 1512, insbesondere auf Seite 1509 angegeben, daß die Konzentrationsverteilung eines in mehrere Substrate in einem Diffusionsofen einzudiffundierenden Stoffes durch die Konzentration, Temperatur und Geschwindigkeit der dabei verwendeten Gase sowie durch die Abstände zwischen den Substraten beeinflußt wird.
In der US-PS 33 16 121 wird ein Epitaxieverfahren samt zugehöriger Vorrichtung beschrieben, bei dem das b5 Reaktionsgleichgewicht durch Einstellung eines geeigneten Temperaturprofils des Ofens mit einer abgesuiften Mantelisolierung und entsprechenden Heizelementen so eingestellt wird, daß die Abscheidungsgeschwindigkeit im wesentlichen über die Länge des Reaktionsrohres konstant gehalten werden kann.
Auch die US-PS 38 31 114 behandelt die Herstellung gleichförmiger Niederschläge in Chargenbetrieb, wobei ein symmetrisch aufgebauter Ofen Verwendung findet, durch den gewährleistet ist, daß alle Halbleiterscheiben gleichmäßig aufgeheizt und die Gasverteilung über die gesamte Charge gleichförmig verteilt wird.
In der US-PS 39 16 822 ist angegeben, daß zum Herstellen dünner Schichtüberzüge in Reaktionskammern, die zu beschichtenden Substrate an der oberen Begrenzung der reaktiven Gaszone angeordnet und in nach unten gerichteter Positionierung beschichtet werden können, indem unter Verwendung eines Strahlungsschiides eine gleichmäßige Erwärmung der Substrate und Gase vorgenommen wird.
Schließlich behandelt die US-PS 39 22 467 ein Beschichtungsverfahren für eine große Anzahl von flachen Substraten unter Verwendung eines Gasgemisches, bei dem die Substrate innerhalb eines rohrförmigen Reaktionsraums entlang dem Gasstrom mit zunehmenden gegenseitigen Abständen angeordnet sind, womit sich bessere Epitaxieschichten auf den Substraten erzielen lassen sollen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, derartige Verfahren zum Niederschlagen von Schichten auf eine große Anzahl von Halbleitersubstraten in Richtung einer hinsichtlich der Gleichmäßigkeit der Schichtdicke verbesserten Weise anzugeben. Dabei soll insbesondere den Schichtdickenabweichungen, die aus der Abnahme der Konzentration der Reaktionskomponenten im Verlauf des Reaktionsrohres auftreten, Rechnung getragen werden.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs erwähnten Verfahren entsprechend den im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den weiteren Patentansprüchen.
Zusammengefaßt sieht die Erfindung zur Erzielung besonders gleichförmiger Schichten vor, die Konzentration des reaktiven Gasanteils und/oder die Durchflußgeschwindigkeit des Trägergases so zu verändern, daß sich das Zentrum der Verteilungskurve der Abscheidungsgeschwindigkeit entlang der Substratanordnungsrichtung mit verschiebt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen unter Zuhilfenahme der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine vereinfachte schaubildliche Darstellung eines Reaktionsofenteils, bei dem die Erfindung Anwendung finden kann;
F i g. 2 den Verlauf einer nach dem Stande der Technik sich einstellenden normalen Abscheidungsgeschwindigkeit und
Fig.3 den Verlauf der nach den Maßnahmen der Erfindung einzustellenden Verteilung der Abscheidungsgeschwindigkeit.
In F i g. 1 ist in einem ausschnittsweisen Schaubild die Horizontalansicht einer Reaktionskammer gezeigt, auf die die vorliegende Erfindung angewandt werden kann. In dieser Reaktionskammer wird der das reaktive Gas enthaltende Trägergasstrom parallel zu den Oberflächen der Werkstücke, z. B. der Halbleiterscheiben 14, geleitet. Das in F i g. 1 gezeigte Reaktionsrohr 11 ist von Heizelementen 12 umgeben und enthält einen flachen Aufnahmekörper 13, auf den eine Anzahl von Werk-
stücken 14 aufgelegt ist. Im allgemeinen besteht ein solches Reaktionsrohr 11 aus Quarz und ist typisch ungefähr 5 cm hoch, 20 cm breit und 110 cm lang. Die Auflage 13 besteht im allgemeinen aus Graphit und ist ungefähr 1,25 cm hoch, 12,5 cm breit und 65 cm lang. Die Werkstücke 14 können irgendein tm beschichtendes Substrat darstellen, z. B. Halbleiterscheiben sein, auf die eine Epitaxieschicht, ein Oxidüberzug oder dergl. aufzubringen ist. In typischen Reaktionsöfen besteht die Heizeinrichtung 12 aus einer spiralförmigen Hochfrequenz-Spuie zum Aufheizen der Unterlage, worüber die darauf angeordneten Werkstücke 14 ihrerseits erhitzt werden. Normalerweise wird bei der Benutzung eines solchen Reaktionsrohres zum Aufbringen von Schichten der Gasstrom an einem Ende des Reaktionsrohres 11 durch einen Gaseinlaß 15 eingeleitet. Der eingeleitete Gasstrom besteht typisch aus einer Kombination eines neutralen oder reduzierenden Trägergases, z. B. Wasserstoff, und einem oder mehreren reaktiven Gasanteilen, die zum Aufbringen des gewünschten Überzuges auf die Werkstücke erforderlich sind. Der an dem einen Ende eingebrachte Gasstrom fließt lateral über die Werkstücke 14 auf der Unterlage 13 und wird am entgegengesetzten Ende des Reaktionsrohres 11 durch einen geeigneten Gasauslaß 16 wieder ausgeleitet.
Bei einem konventionell betriebenen Reaktionsrohr der gezeigten Art ist die Verteilung der chemischen Abscheidungsgeschwindigkeit, die den gewünschten Überzug auf den Werkstücken 14 bildet, stationär und zeitunabhängig.
Dadurch werden im Bereich des Gaseinlasses die Gase praktisch ausschließlich durch Wärmeleitung aufgeheizt. Mit der Zunahme der Temperatur des Gases nimmt auch die Reaktionsgeschwindigkeit zu. Bei dieser Reaktion nehmen jedoch die reaktiven Gasanteile im Gasstrom ab, wodurch eine Verringerung der Reaktionsgeschwindigkeit bewirkt wird. Durch eine Anhebung der Gastsmperatur kann diese Verarmung nur teilweise kompensiert werden, und mit zunehmender Entfernung vom Gaseinlaß nimmt die Abscheidungsgeschwindigkeit weiter ab. Somit nimmt die Reaktionsausbeute in der Richtung des Gasflusses ab und ist im Ergebnis abhängig von den Konzentrationsänderungen der reaktiven Gasanteile in dem Trägergas.
Die Abscheidungsgeschwindigkeit oder das Reaktionsprofil in derartig betriebenen Reaktionsrohren zeigt über den Verlauf der Anordnungsrichtung der Werkstücke eine typische Verteilung der ii. F i g. 2 gezeigten Art. Die dort gezeigte Verteilungskurve ergibt sich in der folgenden Weise. In dem Maße, wie das Gasgemisch über die (erhitzte) Unterlage 13 strömt, wird es seinerseits aufgeheizt, so daß beginnend mit der vorderen Kante 21 die Verteilungskurve 20 für die gewünschte Reaktion den ansteigenden Flankenbereicii 22 zeigt. Mit zunehmender Temperatur des Gasstromes nimmt die Reaktionsrate für die reaktiven Anteile bis zu einem Maximum 23 hin zu. Da nun die reaktiven Anteile im Gasstrom laufend abnehmen, beginnt die Verteilungskurve der Reaktionsgeschwindigkeit entsprechend dem gezeigten Kurvenbereich 24 abzufallen, bis die reaktiven Anteile schließlich am Ende 25 der Verteilungskurve 20 nahezu vollständig abgenommen haben.
Auf diesem Grund zeigen lediglich die im Bereich unter dem Maximum 23 angeordneten Werkstücke eine im wesentlichen gleichmäßige Verteilung der Schichtdicke, während die anderen Werkstücke dünnere Überzüge tragen. Das bedeutet, daß jedes Werkstück unterhalb der ansteigenden Flanke 21 bzw. der abfallenden Flanke 24 eine geringere Schichtdicke ah im Bereich unterhalb des Maximums aufweist, wobei die Schichtdickenschwankungen von der jeweiligen Position entlang der Verteüungskurve abhängen. Versuche mit einer solchen einzigen Verteüungskurve in einem Reaktionsrohr haben Schwankungen hinsichtlich der Gleichförmigkeit der Schichtdicken von Werkstück zu Werkstück von etwa ± 12% ergeben.
Um vernünftige Gleichmäßigkeiten der aufgebrachten Schichten in solchen Reaktionsrohren erreichen zu können, sollte demnach die l.änge der Unterlage relativ kurz sein, woraus sich jedoch nur relativ geringe in einer Charge zu bearbeitende Stückzahlen ergeben. Mit einer ungleichmäßigen Heizung oder sehr hohen Gasströmgeschwindigkeiten und hoher Konzentration der reaktiven Gasanteile im Gasstrom läßt sich der erwähnte Verarmungseffekt ebenfalls nicht befriedigend kompensieren.
Weiterhin würde eine präzise abgestufte Temperaturverteilung über die Länge der Unterlage außerordentlich schwierig sein und besondere aufwendige Maßnahmen für das Reaktionsrohr erfordern. Angesichts des Aufwandes solcher Modifizierungen würde jede daraus resultierende Verbesserung im Durchsatz aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten heraus nicht mehr zu vertreten sein. Beim Einsatz hoher Gasdurchflußgeschwindigkeiten würde die Abscheidungs- oder Reaktionsgeschwindigkeit in der Regel so gering werden, daß sehr lange Behandlungszeiten erforderlich würden, was ebenfalls wirtschaftlich untragbar wäre.
Die vorliegende Erfindung vermeidet diese Probleme durch sequentielle Änderung des Trägergasstroms, wobei gleichzeitig die Reaktionszeit oder die Konzentration der reaktiven Gasanteile im Gasstrom oder beide Faktorer, erhöht werden, um sowohldie Form als auch die Position der in F i g. 2 gezeigten Verteüungskurve in noch zu erläuternder Weise abzuändern.
Es wurde gefunden, daß die für den vorliegenden Prozeß entscheidenden Einflußmöglichkeiten, wie Konzentration der reaktiven Gasanteile, Temperatur der Unterlage, Trägergasgeschwindigkeit usw. in einer Weise eingerichtet werden können, daß die Verteilung der Schichtdicke selektiv in bestimmten Abständen entlang der Unterlage einen Maximalbereich annehmen kann, wobei in dem Reaktionsrohr eine ganze Reihe einzelner verschobener Verteilungskurven zur Auswirkung gebracht werden können. Durch eine selektive Steuerung der genannten Variablen kann die in Fig. 2 gezeigte Ausgangskurve so abgeändert werden, daß der Maxiso malbereich 23 der Kurve 20 auf einen bestimmten Abstandsbereich über die Länge bzw. Tiefe des Reaktionsrohres zu liegen kommt, wie das anhand von Fig. 3 dargestellt ist.
Mittels der angedeuteten Kontrolle der verschiedenen Durchflußraten, Konzentrationsverhältnisse usw. kann in dem Reaktionsrohr eine im wesentlichen gleichmäßige Abscheidungsgeschwindigkeit über einen großen Bereich der Unterlage erreicht werden. Das Profil bzw. die Form der Reaktionsgeschwindigkeitenverteilungskurve kann zunehmend über die Längsausdehnung der Unterlage verschoben werden, so daß gegenüber dem Stand der Technik von Werkstück zu Werkstück größere Gleichförmigkeiten hinsichtlich der erzielten Schichtdicken erhalten werden.
F i g. 3 stellt eine ganze Reihe einzelner Verteilungskurven 31, 32, 33, 34 und 35 dar, die progressiv in der Reaktionsröhre erzeugt werden, und deren einhüllende Verteüungskurve mit 30 bezeichnet ist. Die resultieren-
de bzw. einhüllende Verteilungskurve 30 ergibt sich aus der Aufsummierung der einzelnen Verteilungskurven 31 bis 35, die jeweils nach den Maßnahmen der vorliegenden Erfindung hinsichtlich ihrer Maximalbereiche die gezeigte Verteilung über die Ausdehnung der Unterlage 13 aufweisen. Die Welligkeit der einhüllenden Kurve 30 kann durch Erhöhung der Anzahl der Einzelkurven bzw. durch Veränderung von deren Form natürlich noch weiter verringert werden.
Wenn auch die in F i g. 3 gezeigten Einzelverteilungskurven 31 bis 35 mit gleicher Maximalhöhe und im wesentlichen gleicher Form gezeigt sind, ist in diesem Zusammenhang festzustellen, daß auch die Einzelverteilungskurven mit unterschiedlichen Maximalhöhen oder Formen ausgelegt werden können, um schließlich eine gleichmäßige, resultierende Schichtdickenverteilung zu erhalten.
Zusammengefaßt ist demnach festzustellen, daß im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein oder mehrere Parameter, die in die Abscheidungsgeschwindigkeit eingehen, zeitabhängig variiert werden.
Für die (orts- und zeitabhängige) Abscheidungsgeschwindigkeit im Rahmen der vorliegenden Erfindung gilt die folgende Beziehung:
χ
Dabei bedeuten:
A' = Abstand entlang des Trägers in der Richtung
des Gasstromes,
r = Abscheidungszeit
a = Frequenzfaktor
Cc = die Konzentration des reaktiven Gasanteils im Trägergas am Einlaß
ps = die Dichte der abgeschiedenen Schicht ζ = die Höhe des Reaktionsraumes V = die Gasströmungsgeschwindigkeit
30
35
C = exp
T = die Temperatur
B = die Aktivierungsenergie für die. jeweilige Reaktion geteilt durch die Boltzmann-Konstante.
Durch Ändern der von der Zeit abhängigen Funktionen Co(t) und V(t) kann die Abscheidungsgeschwindigkeit somit gesteuert und die Verteilung des Maximumbereichs linear bezüglich des Abstandsparameters χ verschoben werden.
In Hem im folgenden beschriebenen Beispiel wurdp die Konzentration am Einlaß bewußt nicht variiert und lediglich die Gasströmungsgeschwindigkeit als Funktion der Zeit verändert
Beispiel 1
Für einen typischen Durchlauf bei der Produktion von 110 um dicken Siliciumdioxidschichten auf Siliciumhalbleiterscheiben wurden die im folgenden beschriebenen Parametereinstellungen eingehalten, wobei 10 Halbleiterscheiben gleichmäßig über die gesamte Fläche der Unterlage verteilt wurden. Die Temperatur der Unterlage wurde bei diesem Beispiel auf 10000C ± 80C eingestellt und über die gesamte Reaktionsfläche aufrechterhalten. Ein Gasstrom aus Wasserstoff, Kohlendioxid und Silan wurde über die zu behandelnden Ober-
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45
50
flächen geleitet.
Schritt 1:
Zu Anfang wurde über 2,8 Minuten über die erhitzten Halbleiterscheibenoberflächen ein Gasstrom aus 100 Liter Wasserstoff pro Minute als Trägergas, 5 Liter Kohlendioxid und 5 cm3 pro Minute Silan geleitet.
Schritt 2:
Daran anschließend wurde für 3,2 Minuten die Gasstromzusammensetzung geändert, so daß sie 165 Liter pro Minute Wasserstoff, 5 Liter pro Minute Kohlendioxid und 5 cm3 pro Minute Silan enthielt.
Schritt 3:
Im Anschluß daran wurde die Zusammensetzung des Gasstroms erneut geändert, und zwar auf 275 Liter pro Minute Wasserstoff, 5 Liter pro Minute Kohlendioxid und 5 cm3 pro Minute Silan. Diese Gasströmung wurde für 8,2 Minuten aufrechterhalten. Dann wurde die Zusammensetzung des Gasstroms erneut geändert, und zwar auf 100 Liter pro Minute bei reinem Wasserstoff, wobei die Heizelemente abgeschaltet wurden, um die HaIbleiterscheiben auf Raumtemperatur (ungefähr 250C) abkühlen zu lassen.
Nach Abkühlung der Halbleiterscheiben auf diese geringere Temperatur wurde die Dicke der auf der Oberfläche der Halbleiterscheiben erzeugten Siliciumdioxidschicht gemessen. Dabei wurde für jede Halbleiterscheibe eine Dicke der Siliciumdioxidschicht von ungefähr 110,3nm±4nm festgestellt. Die Genauigkeit der Schwankung der Schichtdicke betrug demnach über alle Halbleiterscheiben ermittelt ±3,6% des gewünschten Wertes. Weitere Tests wurden durchgeführt, um die Abscheidung einer gleichmäßigen Schicht aus Siliciumnitrid auf Siliciumhalbleiterscheiben zu demonstrieren.
Wie aus dem vorhergehenden Beispiel ersichtlich ist, ergibt sich bei erhöhten Durchflußgeschwindigkeiten von Wasserstoff, daß relativ lange Zeitintervalle erforderlich sind, um letztlich die geforderte Gleichmäßigkeit zu erreichen. Wenn auch in einigen Fällen, wie in dem vorhergehenden Beispiel, dieser Faktor hingenommen werden kann, könnte dieser Effekt jedoch zu unerwünscht langen Behandlungszeiten und angesichts des hohen Verbrauchs von Prozeßgasen zu einem unbefriedigenden Aufwand führen.
In Fällen, wo diese Folgen vermieden werden sollen, wie im folgenden Beispiel, können diese langen Abscheidungszeiten vermieden werden, indem man die Konzentration der reaktiven Gasanteile und zusätzlich dazu Hen Trägergasstrom. wie im vorhergehenden Beispiel, verändert.
B e i s ρ i e 1 2
Bei diesem Beispiel setzte sich der Gasstrom aus Wasserstoff, Silan und Ammoniak zusammen. Die gesamte Abscheidungszeit umfaßte zehn gleiche Zeitintervalle von jeweils 30 Sekunden Dauer. Während jedes Intervalls wurden die Durchflußgeschwindigkeiten der Gase, wie in der folgenden Tabelle angegeben, geändert
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0:00 zu 0:30 80
0:30 zu 1:00 100
1:00 zu 1:30 120
1:30 zu 2:00 140
2:00 zu 2:30 160
2:30 zu 3:00 180
3:00 zu 3:30 200
3:30 zu 4:00 220
4:00 zu 4:30 240
4:30 zu 5:00 260
Zeitintervall Wasserstoff Silan
(Start/Stop Zeit in s) (Liter/min) (cm3/min)
2·4
2,4 5
2,4 2,4 2,5 2,6 2,7 4,8 7,0 9,0
15
Während der gesamten Zeit wurde die Durchflußgeschwindigkeit für das Ammoniak konstant auf ungefähr 7 Liter pro Minute gehalten. Im Anschluß an das letzte Abscheidungsintervall wurde zur Abkühlung der Halbleiterscheiben der Gasstrom auf 100 Liter pro Minute reinen Wasserstoffs eingestellt, wobei die Heizelemente ausgeschaltet wurden. Nach dem Abkühlen wurde die Dicke der Siliciumnitridschicht auf den Oberflächen der Halbleiterscheiben gemessen und gefunden, daß diese bei ungefähr 57,1 nm ± 3,5 nm lag. Die Dickenschwankungen betrugen in diesem Fall demnach ±6,3%.
Die angegebenen Beispiele machen deutlich, daß mit dieser »dynamischen« Behandlungsweise ausgesprochene Verbesserungen hinsichtlich der Gleichmäßigkeit der aufgebrachten Schichten erreicht werden. Der beschriebene Prozeßablauf kann /erner unter Verwendung von Matrizenmethoden, mittels Gleichungsansätzen, die gleichzeitig erfüllt werden müssen, oder sogar mittels graphischer Methoden implementiert werden, insbesondere, wenn mehrere dynamische reaktive Anteile eingesetzt werden.
Weiterhin kann der Prozeßablauf auch empirisch festgelegt werden, im einfachsten Fall unter Benutzung lediglich der Gasströmungsgeschwindigkeit als dynamischer Faktor, wobei die individuellen Dickenprofile sich aus den verschiedenen festen Durchflußgeschwindigkeiten bestimmen. Dann werden verschiedene Geschwindigkeitsverteilungen überlagert und hinsichtlich der Zeitdauer unter Berücksichtigung der angestrebten Gleichmäßigkeit gewichtet
Darüber hinaus wurden noch weitere Experimente unter Benutzung verschiedener Strömungsgeschwindigkeiten und anderer Zusammensetzungen der reaktiven Anteile mit Erfolg durchgeführt, z. B. zusätzlich zu den oben beschriebenen Oxid- und Nitridschichten wurden auch Schichten aus mit Arsen dotiertem Oxid bei niedrigen Temperaturen sowie polycristalline Siiiciumschichten auf geeigneten Unterlagen abgeschieden. Die nach den hier vorgeschlagenen Maßnahmen hinsichtlich der Durchsatzgeschwindigkeit sowie der Gleichmäßigkeit verbesserten Ergebnisse hatten dabei keineswegs eine Verschlechterung anderer Schichtparameter zur Folge, z. B. der Ätzgeschwindigkeit, des Brechungsindes usw.
Verglichen mit den konventionellen Abscheidungsverfahren hat sich ergeben, daß mit den hier vorgeschlagenen Maßnahmen eine Ausbeuteverbesserung sowie eine Durchsatzsteigerung um etwa den Faktor 2 erreicht werden kann.
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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen von aus der Gasphase niedergeschlagenen möglichst gleichmäßigen Schichten auf Substraten mittels einem Trägergas beigemengter Reaktionskomponenten, bei dem der Gasstrom in einem auf konstante Temperatur erhitzten Reaktionsrohr über mehrere im Verlauf des Gasstroms angeordnete, zu beschichtende Substrate geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußgeschwindigkeit des eingeleiteten Trägergases und/oder der Reaktionskomponenten im Zeitverlauf so verändert wird, daß die jeweils resultierende Verteilungskurve der Reaktionsgeschwir.digkeit fortschreitend in der Substratanordnungsrichtung im Reaktionsrohr über die Substrate verschoben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung zeitlich kontinuierlich vorgenommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderungen in aufeinanderfolgenden Zeitintervallen vorgenommen werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden An-Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Prozeßabschnitte, die jeweils durch ihre zugehörige Verteilungskurve der Reaktionsgeschwindigkeit charakterisiert sind, miteinander zur Erzielung einer möglichst gleichmäßigen Schichtdicke überlagert werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die einzelnen je einen Prozeßabschnitt charakterisierenden Verteilungskurven wenigstens zum Teil voneinander abweichende Maximalwerte der Reaktionsgeschwindigkeit eingestellt werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägergas ein neutrales Gas verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägergas ein reduzierendes Gas verwendet wird.
DE2726508A 1976-06-29 1977-06-11 Verfahren zum Herstellen von aus der Gasphase niedergeschlagenen Schichten auf Substraten Expired DE2726508C2 (de)

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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5180690A (en) * 1988-12-14 1993-01-19 Energy Conversion Devices, Inc. Method of forming a layer of doped crystalline semiconductor alloy material
US5227196A (en) * 1989-02-16 1993-07-13 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method of forming a carbon film on a substrate made of an oxide material
US6833280B1 (en) 1998-03-13 2004-12-21 Micron Technology, Inc. Process for fabricating films of uniform properties on semiconductor devices

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3112997A (en) * 1958-10-01 1963-12-03 Merck & Co Inc Process for producing pure crystalline silicon by pyrolysis
GB1256110A (en) * 1969-11-05 1971-12-08 Atomic Energy Authority Uk Fission product retaining fuel
US3925146A (en) * 1970-12-09 1975-12-09 Minnesota Mining & Mfg Method for producing epitaxial thin-film fabry-perot cavity suitable for use as a laser crystal by vacuum evaporation and product thereof
US3757733A (en) * 1971-10-27 1973-09-11 Texas Instruments Inc Radial flow reactor
DE2210742A1 (de) * 1972-03-06 1973-09-20 Siemens Ag Verfahren zur herstellung von metallbzw. metallegierungs-kohlenstoff-widerstaenden

Also Published As

Publication number Publication date
JPS6054280B2 (ja) 1985-11-29
FR2356453A1 (fr) 1978-01-27
JPS533974A (en) 1978-01-14
FR2356453B1 (de) 1980-07-11
US4132818A (en) 1979-01-02
DE2726508A1 (de) 1978-01-05

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