DE3526888C2

DE3526888C2 -

Info

Publication number: DE3526888C2
Application number: DE3526888A
Authority: DE
Inventors: Junichi Nishizawa; Hitoshi Sendai Miyagi Jp Abe
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd; Research Development Corp of Japan
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1984-07-26
Filing date: 1985-07-26
Publication date: 1990-02-08
Also published as: US4975252A; GB8718943D0; DE3526888A1; GB2200138A; GB2200138B; US20010001952A1; US5443033A; US6464793B1; GB8718942D0; FR2582149A1; GB2162207B; GB2200137A; GB8518842D0; GB2200137B; FR2582149B1; GB2162207A

Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleiterkristallzüchtungsvorrichtung, umfassend einen Kristallzüchtungsbehälter zum Aufnehmen eines Substrats; eine Heizeinrichtung zum Erhitzen des Substrats; eine Evakuierungseinrichtung zum Erzeugen eines Ultrahochvakuums; eine erste externe Gasquelle, die erste gasförmige Moleküle enthält, welche wenigstens einen Bestandteil eines Kristalls enthalten, sowie eine zweite externe Gasquelle, die zweite gasförmige Moleküle enthält, welche mit den ersten gasförmigen Molekülen chemisch reaktionsfähig sind; und Düseneinrichtungen zum Zuführen der gasförmigen Moleküle. Diese Halbleiterkristallzüchtungsvorrichtung dient zum Bilden von monokristallinen Wachstumsschichten eines Halbleiters.

Nach dem Stande der Technik sind ein metallorganischer Dampfphasenepitaxieprozeß (nachstehend als MO-CVD-Prozeß bezeichnet), ein Molekularstrahlepitaxialprozeß (nachstehend als MBE-Prozeß bezeichnet) und ein Atomschichtepitaxialprozeß (nachstehend als ALE-Prozeß bezeichnet) als Dampfphasenepitaxialtechniken zum Erhalten von kristallinen dünnen Filmen von Halbleitern bekannt.

In dem MO-CVD-Prozeß werden die Elemente der Gruppe III und der Gruppe V als Quellen, sowie Wasserstoffgas oder dergleichen als Träger gleichzeitig in eine Reaktionskammer eingeführt, um ein Kristallwachstum mittels thermischer Zersetzung zu bewirken. Die thermische Zersetzung hat eine schlechte Qualität der gewachsenen Kristallschicht zur Folge. Außerdem ist es schwierig, eine Dickensteuerung zu erzielen, die dimensionell so genau wie eine einzelne Monoschicht ist.

Ein chemischer Dampfphasenepitaxieprozeß zum Herstellen hochreiner, aus Silizium bestehender einkristalliner Schichten mit oder ohne Dotierungszusätzen ist aus der DE-OS 19 00 116 bekannt. Diese kristallinen Schichten werden auf einem vorzugsweise scheibenförmigen Substrat durch thermische Zersetzung einer gasförmigen, insbesondere mit einem Trägergas vermischten Silanverbindung und Niederschlagen von Silicium auf dem erhitzten, in einem Reaktionsraum angeordneten Substrat, dessen kristalline Struktur, z. B. durch Ätzen, freigelegt ist und dessen Oberfläche von dem Reaktionsgas umströmt wird, ausgebildet. Hierzu wird als Silanverbindung ein Dihalogensilan der Formel SiH₂X₂ verwendet, wobei X = Chlor, Brom, Jod bedeutet, und die thermische Zersetzung wird durch Aufheizen des Substrats auf niedrige Temperaturen, vorzugsweise in einem Temperaturbereich zwischen 600 und 1000°C, herbeigeführt. Als Trägergas nimmt man bevorzugt ein Edelgas, und wenn die thermische Zersetzung bei vermindertem Druck erfolgen soll, dann geschieht das vorzugsweise in einem Grobvakuum von lediglich 0,133 bis 133 Pa. In einer in der DE-OS 19 00 116 beschriebenen Einrichtung zum Durchführen des vorstehenden Verfahrens ist eine Infrarotstrahlungsquelle zum Erhitzen des Substrats und eine Ultraviolettstrahlungsquelle zum Aktivieren des Substrats in bestimmten Bereichen, so daß nur dort eine Abscheidung von Silizium stattfindet und somit auf dem Substrat ein Muster entsprechend der eingestrahlten UV-Energie entsteht, vorgesehen. Auch für dieses Verfahren und diese Einrichtung gelten die obigen Ausführungen zum MO-CVD-Prozeß insofern, als die thermische Zersetzung eine schlechte Qualität der gewachsenen Kristallschicht zur Folge hat und es schwierig ist, eine Dickensteuerung zu erzielen, die dimensionell so genau wie eine einzelne Monoschicht ist.

Der MBE-Prozeß ist als Kristallwachstumsprozeß bekannt, bei dem ein Ultrahochvakuum angewandt wird. Dieser Prozeß weist jedoch ein erstes Stadium physikalischer Adsorption auf. Daher ist die Qualität der erhaltenen Kristalle im Vergleich mit der Qualität der Kristalle, die man mittels des CVD-Prozesses erhält, bei dem eine chemische Reaktion angewandt wird, geringer. Abgesehen hiervon werden für das Wachsenlassen eines Verbundhalbleiters, wie beispielsweise GaAs aus Elementen der Gruppe III und V, die entsprechenden Elemente der Gruppe III und V als Quellen verwendet und in einer Züchtungskammer vorgesehen. Daher ist es schwierig, die Menge und Rate der Verdampfung von Gasen zu steuern, die infolge der Erhitzung der Quellen verdampft werden. Außerdem ist ein Wiederauffüllen der Quellen schwierig. Weiterhin ist es schwierig, eine konstante Wachstumsrate während einer langen Zeitdauer aufrechtzuerhalten. Schließlich ist die Evakuierungseinrichtung im Aufbau kompliziert. Endlich ist eine genaue Steuerung der stöchiometrischen Zusammensetzung eines Verbindungshalbleiters schwierig. Infolgedessen ist der MBE-Prozeß insofern mangelbehaftet, als sich damit keine Kristalle hoher Qualität erzielen lassen.

Der ALE-Prozeß stellt eine Verbesserung gegenüber dem MBE-Prozeß dar. In diesem Prozeß werden Bestandteilselemente eines Verbindungshalbleiters abwechselnd in der Form von Impulsen zugeführt, so daß abwechselnd monoatomare Schichten auf einem Substrat abgelagert werden und dadurch das Wachsen eines aus Atomschichten zusammengesetzten dünnen Films bewirkt wird, wie in der US-Patentschrift 40 58 430 (1977) von T. Suntola et al. beschrieben. Obwohl dieser Prozeß insofern vorteilhaft ist, als die Filmdicke mit der Präzision von Atomschichten gesteuert werden kann, stellt er aktuell eine Ausdehnung bzw. Weiterentwicklung des MBE-Prozesses dar, und daher ist die Kristallqualität nicht zufriedenstellend, wie das beim MBE-Prozeß der Fall ist. Abgesehen hiervon ist seine Anwendung auf das Züchten von dünnen Filmen von Verbindungshalbleitern beschränkt, beispielsweise von Verbindungshalbleitern aus Elementen der Gruppe II und VI, wie beispielsweise CdTe und ZnTe, und der Prozeß ist nicht erfolglich auf Si oder GaAs anwendbar, also auf Materialien, welche die wichtigsten Halbleitermaterialien sind, die gegenwärtig für die Herstellung von Halbleitereinrichtungen verwendet werden, und zwar einschließlich von Halbleitereinrichtungen mit ultrahohem Integrationsgrad. Es gibt Versuche, den ALE-Prozeß so zu verbessern, daß Moleküle auf der Oberfläche eines Kristalls absorbiert werden, um dadurch chemische Reaktionen auf der Oberfläche des Kristalls anwenden zu können. Diese Versuche betreffen jedoch nur das Wachsen von Polykristallen aus ZnS oder von amorphen dünnen Filmen von Ta₂O₅, und sie haben nichts mit einer Einkristallwachstumstechnik zu tun.

Bei jedem der oben beschriebenen Kristallwachstumsprozesse und mit den zu deren Durchführung vorgesehenen Einrichtungen nach dem Stande der Technik ist es schwierig, einen Kristallfilm von hoher Qualität zu erhalten, außerdem ist es nicht leicht, die Dicke des Kristallfilms so zu steuern, daß er einen gewünschten Wert erhält.

Schließlich ist aus der DD-DS 1 53 899 eine Halbleiterkristallzüchtungseinrichtung der eingangs genannten Art bekannt, mit der ein kristalliner Film eines Verbindungshalbleiters aus der Dampfphase wachsen gelassen wird, indem die Elemente des Verbindungshalbleiters abwechselnd und wiederholt zu dem Substrat, auf dem der Verbindungshalbleiter wachsen soll, zugeführt werden, um den kristallinen Film durch eine Oberflächenreaktion wachsen zu lassen. In dem Verfahren und in der Einrichtung nach der DD-PS 1 53 899 wird nämlich ein Trägergas verwendet, das als ein Trenngas funktioniert und dazu benutzt wird, reaktive Gase in die Kristallzüchtungskammer einzuleiten und eine Reaktion zwischen den unterschiedlichen reaktiven Gasen in der Dampfphase zu verhindern. Wie sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen ergibt, die sich auf nichtkristalline Filme von Ta₂O und Al₂O₃ sowie auf nicht klar als monokristallin beschriebene II-VI-Halbleiter, wie beispielsweise ZnS und Zn_xCd_1-xS beziehen, wird hier pro Zyklus keine einmolekulare Schicht erzeugt. So ist bezüglich einer Schicht aus Ta₂O₅ beschrieben, daß sich bei 2500 Arbeitszyklen des abwechselnden Zuführens von Ta₂Cl₅ und H₂O eine Filmdicke von 100 nm ergibt, was bedeutet, daß durch einen Arbeitszyklus eine Filmdicke von 0,04 nm erzeugt wird, was ein Wert ist, der in hohem Maße von demjenigen einer einmolekularen Schicht abweicht. Auch im Falle von ZnS wird mittels 4500 Arbeitszyklen des abwechselnden Einleitens der entsprechenden Gase eine Filmdicke von 400 nm erhalten, was bedeutet, daß mittels eines Zyklus eine Filmdicke von etwa 0,09 nm hervorgebracht wird, was ein Wert ist, der ebenfalls weit von einer einmolekularen Schicht entfernt ist.

Mittlerweile ist es bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen wichtig, während des Herstellungsprozesses eine Abschätzung, Beurteilung, Bewertung, Bestimmung, Berechnung oder dergleichen auszuführen, ob ein Kristall so wächst wie geplant, damit man eine hochqualitative Halbleitervorrichtung erhält. Nach dem Stande der Technik wurde eine solche Abschätzung, Beurteilung, Bewertung, Bestimmung, Berechnung oder dergleichen dadurch ausgeführt, daß man den Halbleiter aus dem Züchtungsbehälter herausgenommen und ihn unter Anwendung einer Analysiereinrichtung getestet hat. Der Vorgang des Abschätzens, Beurteilens, Bewertens, Bestimmens, Berechnens oder dergleichen ist deshalb bisher sehr mühselig, lästig und beschwerlich gewesen, und die Leistungsfähigkeit des Abschätzens, Beurteilens, Bewertens, Bestimmens, Berechnens oder dergleichen war nicht sehr hoch, was die Unfähigkeit zur Folge hatte, eine zufriedenstellende Qualitätskontrolle bzw. -steuerung zu erreichen. Weiter hat bisher die Abschätzung, Beurteilung, Bewertung, Bestimmung, Berechnung oder dergleichen eine lange Zeitdauer erfordert, wenn eine neue Einrichtung hergestellt werden sollte, was eine erhebliche Verzögerung der Herstellung zur Folge hatte.

Vom Aspekt der Züchtung eines dünnen Kristallfilms auf einem Substrat ist der Oberflächenzustand desselben sehr wichtig. Wenn der Oberflächenzustand unzufriedenstellend ist, hat der gewachsene Kristall unzufriedenstellende Kristalleigenschaften, und in den schlimmsten Fällen wird überhaupt kein Kristallwachstum erzielt. Im Falle des GaAs Substrats ist es zum Beispiel erforderlich, dasselbe vor dem Kristallwachstum mittels Naßätzung unter Verwendung einer flüssigen Ätzmischung, die aus H₂SO₄, H₂O₂ und H₂O besteht, vorzubehandeln. Da jedoch die Oberfläche nach dem Ätzen sehr aktiv ist, bildet sich eine Oxidschicht oder eine ähnliche Ablagerungsschicht darauf aus, wenn sie nach dem Verfahrensschritt des Ätzens der Atmosphäre ausgesetzt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Halbleiterzüchtungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit der es möglich ist, hochqualitative Einkristallschichten mit einer Genauigkeit so genau wie eine einzelne molekulare Schicht wachsen zu lassen, ohne den Halbleiter während des Züchtens aus dem Kristallzüchtungsbehälter zur Bewertung o. dgl. herauszunehmen und testen zu müssen. Insbesondere soll es mit dieser Halbleiterzüchtungsvorrichtung durch entsprechende Ergänzung derselben mittels Steuereinrichtung möglich sein, die Einkristallschichten mit der Genauigkeit von monomolekularen Schichten wachsen zu lassen.

Diese Aufgabe wird mit einer Halbleiterkristallzüchtungsvorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß gelöst durch einen gegenüber dem aufgenommenen Substrat angeordneten Massenanalysator zur Verfolgung und Beurteilung des fortschreitenden Wachstums eines Kristalls.

Mit dieser Halbleiterkristallzüchtungsvorrichtung kann ein Halbleiter mit der genannten Genauigkeit und mit hoher Leistungsfähigkeit durch aufeinanderfolgendes Verfolgen und Abschätzen, Beurteilen, Bewerten, Bestimmen und/oder Berechnen oder dergleichen des Fortschreitens des Halbleiterkristallwachstums hergestellt werden, ohne daß der Halbleiter während der Herstellung aus dem Kristallzüchtungsbehälter zur Beurteilung o. dgl. herausgenommen werden muß. Denn mit dieser Einrichtung, die den Massenanalysator hat, der in dem Kristallzüchtungsbehälter vorgesehen ist, kann das Fortschreiten des Halbleiterkristallwachstums augenblicklich abgeschätzt, beurteilt, bewertet, bestimmt und/oder berechnet werden, so daß es möglich ist, eine Halbleitereinrichtung mit hoher Leistungsfähigkeit herzustellen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Halbleiterkristallzüchtungsvorrichtung weiter eine Ventileinrichtung, die zwischen einer Düseneinrichtung zum Zuführen der gasförmigen Moleküle und der Gasquelle vorgesehen ist, sowie eine Steuereinrichtung zum Steuern des Öffnens und Schließens der Ventileinrichtung gemäß einer vorbestimmten Zeitgebung und einer vorbestimmten Anzahl von Aufwachszyklen, so daß eine eine gewünschte Dicke aufweisende epitaxiale Wachstumsschicht mit einer Genauigkeit so genau wie die Dicke einer einzelnen molekularen Schicht gebildet wird.

Die Steuereinrichtung gestattet das Öffnen und Schließen der Ventileinrichtung gemäß einem vorher festgesetzten Öffnungs-Schließungs-Zeitdiagramm und einer vorher festgesetzten Anzahl von Zyklen des Ventilöffnens und -schließens, wodurch mittels der Düseneinrichtung Gase, die Bestandteilselemente eines Kristalls, der auf dem Substrat wachsen soll, enthalten, zugeführt werden. Mit dieser Ausführungsform kann in einfacher, leichter und vorteilhafter Weise ein aufeinanderfolgendes Wachsen von molekularen Schichten bewirkt werden, welche die gewünschte stöchiometrische Zusammensetzung haben, so daß ein hochqualitativer Kristall erhalten werden kann. Außerdem ist es, da Dotierstoffe in die gewünschten Schichten dotiert werden können, möglich, eine sehr scharfe Dotierungs- bzw. Störstellenkonzentrationsverteilung zu erhalten.

Schließlich kann die Halbleiterkristallzüchtungsvorrichtung weiter eine Düseneinrichtung zum Einführen eines Ätzgases auf das Substrat aufweisen, so daß die Oberfläche des Substrats durch Dampfphasenätzung behandelt werden kann, bevor das Wachsen eines Kristalls stattfindet. Mit dieser Ausführungsform ist es möglich, den Ätzprozeß, der eine Vorbehandlung vor dem epitaxialen Wachstum darstellt, auch in dem gleichen Kristallzüchtungsbehälter auszuführen. Die Substratoberfläche kann infolgedessen so vorbehandelt werden, daß sie einen Zustand erhält, der für das Kristallwachstum zufriedenstellend bis hervorragend ist. Das bedeutet, daß das Züchten eines zufriedenstellenden bis hervorragenden Einkristalls, der die gewünschte stöchiometrische Zusammensetzung hat, zuverlässig und reproduzierbar erzielt werden kann. Es ist auf diese Weise möglich, eine Halbleitereinrichtung zu erhalten, die sehr zufriedenstellende hervorragende Charakteristika hat.

Andere Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung sei nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand einiger, darin dargestellter, besonders bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht, die eine Ausführungsform einer Halbleiterkristallzüchtungsvorrichtung nach der Erfindung, jedoch unter Weglassung des an sich dazugehörenden Massenanalysators, da diese Ansicht in Verbindung mit Fig. 2 bis 4 vor allem zur Erläuterung der automatischen Steuerung des Zuführens der Gase, aus denen der herzustellende Halbleiter wachsen gelassen wird, dient;

Fig. 2 eine Kurvendarstellung, welche die Beziehung zwischen der Dicke des gewachsenen Films und der Anzahl der Male des Ventilöffnens und -schließens in der in Fig. 1 gezeigten Halbleiterkristallzüchtungsvorrichtung veranschaulicht;

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb der Steuereinrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist, veranschaulicht;

Fig. 4 ein zeitliches Ablaufdiagramm, das die Zeit- bzw. Taktgebung der Gaseinleitung in die in Fig. 1 gezeigte Halbleiterkristallzüchtungsvorrichtung veranschaulicht;

Fig. 5 eine schematische Ansicht, welche eine Ausführungsform einer Halbleiterkristallzüchtungsvorrichtung gemäß der Erfindung mit dem Massenanalysator zeigt;

Fig. 6 ein Wellenformendiagramm, das Niveaus von Verbindungen zeigt, die mittels des Massenanalysators, der in Fig. 5 gezeigt ist, detektiert worden sind;

Fig. 7 eine schematische Ansicht, die eine weitere Ausführungsform einer Halbleiterkristallzüchtungsvorrichtung gemäß der Erfindung veranschaulicht;

Fig. 8 eine schematische Ansicht, die eine noch andere Ausführungsform einer Halbleiterkristallzüchtungsvorrichtung nach der Erfindung zeigt, wobei der an sich dazugehörende Massenanalysator weggelassen ist, da diese Darstellung zur Erläuterung des Ätzens des Substrats unter Vakuum dient;

Fig. 9A eine Kurvendarstellung, welche die Beziehung zwischen der Rate des Ätzens eines GaAs-Substrats mit GaCl₃ und der Substrattemperatur veranschaulicht;

Fig. 9B eine Kurve, welche die Beziehung zwischen der Ätzrate und der GaCl₃-Zuführungsrate veranschaulicht; und

Fig. 10 eine schematische Ansicht einer Halbleiterkristallzüchtungsvorrichtung, die der Fig. 8 entspricht, jedoch durch eine Einrichtung zum Bestrahlen des Substrats ergänzt ist.

Es sei zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, die einen Kristallzüchtungsbehälter 1 zeigt, der aus rostfreiem Stahl oder einem ähnlichen Metall hergestellt ist. Der Kristallzüchtungsbehälter 1 ist über ein Absperrventil 2 zum Evakuieren von dessen Innerem auf ein Ultrahochvakuum mit einer Ultrahochvakuumevakuierungseinheit 3 verbunden. Der Kristallzüchtungsbehälter 1 weist eine Düseneinrichtung auf, die Düsen 4 und 5 zum Einführen von Elemente der Gruppe III bzw. Elemente der Gruppe V enthaltenden gasförmigen Verbindungen als Bestandteile eines III-V-Gruppen-Verbindungs-Halbleiters, der auf einem Substrat 12 gezüchtet werden soll, umfaßt. Die Düsen 4 und 5 sind mit Ein-Aus-Ventilen 6 und 7 zum Steuern der eingeführten Mengen an gasförmigen Verbindungen 8 und 9, welche Elemente der Gruppe III bzw. der Gruppe V enthalten, versehen. Ein Heizer ist als Heizeinrichtung 10 zum Erhitzen des Substrats 12 in dem Kristallzüchtungsbehälter 1 vorgesehen und ein Thermoelement 11 ist mit der Heizeinrichtung 10 zum Messen der Temperatur derselben bzw. zum Messen der Temperatur des Substrats 12 verbunden. Die Heizeinrichtung 10 weist einen Wolframfaden auf, der in einem Quarzglasgehäuse, auf dem das Substrat 12 aus einem Verbindungshalbleiter angebracht ist, abgedichtet untergebracht ist. Der Kristallzüchtungsbehälter 1 ist weiter mit einem Druckmesser 13 zum Messen des Wertes des Vakuums im Inneren desselben versehen. Der Kristallzüchtungsbehälter 1 ist außerdem mit einem optischen Fenster 15 versehen, durch das Strahlung, die eine spezielle Wellenlänge hat und von einer als Einrichtung 14 zum Bestrahlen vorgesehenen Strahlungsquelle emittiert wird, auf das Substrat 12 fokussiert wird. Elektromagnetische Ventile 16 und 17 sind zum Steuern der Strömung von Druckluft vorgesehen, die dazu dient, die Ein-Aus-Ventile 6 und 7 zu öffnen und zu schließen. Die elektromagnetischen Ventile 16 und 17 werden in ihren Ein- und Auszustand mittels einer Steuereinheit 18 gesteuert, und zwar unter Verwendung eines Mikrocomputers. Schließlich ist eine Sichtwiedergabeeinheit 19 zur Sichtwiedergabe der Anzahl von Zyklen des Öffnens und Schließens der Ein-Aus-Ventile 6 und 7 vorgesehen.

Ein monokristalliner dünner Film aus einem Verbindungshalbleiter wird mittels der Kristallzüchtungsvorrichtung, die den obigen Aufbau hat, in der nachfolgend beschriebenen Weise ausgebildet. Es sei zum Beispiel der Fall des epitaxialen Wachsenlassens eines Einkristalls aus GaAs auf einem GaAs-Substrat 12 angenommen. Zunächst wird der Kristallzüchtungsbehälter 1 auf etwa 10^-7 bis 10^-8 Pascal (nachstehend als Pa abgekürzt) evakuiert, indem das Absperrventil 2 geöffnet und die Ultrahochvakuumevakuierungseinheit 3 betrieben wird. Dann wird das GaAs-Substrat 12 mittels der Heizeinrichtung 10 auf 300 bis 800°C erhitzt. Danach wird gasförmiges Trimethylgallium (TMG) als Ga-haltige gasförmige Verbindung 8 dadurch eingeführt, daß das Ein-Aus-Ventil 6 während 0,5 bis 10 Sek. offengehalten und der Innendruck des Kristallzüchtungsbehälters 1 auf 10^-1 bis 10^-7 Pa gehalten wird. Dann wird das Ein-Aus-Ventil 6 geschlossen, und der Behälter 1 wird erneut evakuiert. Danach wird gasförmiges Arsin (AsH₃) als gasförmige Verbindung 9, die As enthält, dadurch eingeführt, daß das Ein-Aus-Ventil 7 für 2 bis 200 Sek. offen gehalten und der Innendruck des Kristallzüchtungsbehälters auf 10^-1 bis 10^-7 Pa gehalten wird. Als Ergebnis hiervon wächst wenigstens eine molekulare Schicht von GaAs auf dem Substrat 12.

In diesem Falle kann die Wachstumstemperatur soweit reduziert werden, daß sie 400°C oder weniger beträgt, wenn das Substrat 12 mit Ultraviolettstrahlung, die von der Einrichtung 14 emittiert wird, bestrahlt wird, wenn es erhitzt wird, und auf diese Weise kann die Kristallqualität verbessert werden.

Es ist möglich, aufeinanderfolgende molekulare Schichten von GaAs, die die gleiche Dicke haben, dadurch auszubilden, daß man das epitaxiale Wachstum durch Einstellen des inneren Drucks des Kristallzüchtungsbehälters 1, der Temperatur des Substrats 12, der Intensität der Strahlung von der Einrichtung 14 und der Ein-Aus-Dauern der Ein-Aus-Ventile 6 und 7 auf jeweils vorbestimmte Werte einstellt. Auf diese Weise kann das Wachsen einer epitaxialen Wachstumsschicht aus GaAs, die eine gewünschte Dicke hat, mit einer Genauigkeit so genau wie eine einzelne molekulare Schicht erreicht werden, indem man den Molekularschicht-Wachstumszyklus eine vorbestimmte Anzahl von Malen wiederholt.

Fig. 2 zeigt die experimentell beobachtete Beziehung zwischen der Dicke der GaAs-Epitaxialschicht und der Anzahl von Zyklen des abwechselnden Einführens von gasförmigem TMG und AsH₃ bei einer Wachstumstemperatur von 500°C. Zum Beispiel wuchsen Epitaxialschichten, die Filmdicken von 110 nm, 0,57 µm und 1,13 µm hatten, als Ergebnis von 400 bzw. 2000 bzw. 4000 Zyklen des abwechsenden Einführens der gasförmigen Verbindungen 8 und 9. Es sei darauf hingewiesen, daß die Beziehung zwischen der Dicke des gewachsenen Films und der Anzahl von Zyklen des Einführens von gasförmigen Verbindungen, das heißt, die Anzahl von Zyklen des Öffnens und Schließens der Ein-Aus-Ventile, sehr linear ist. Es konnte so bestätigt werden, daß die Filmdicke der gewachsenen Schicht durch Steuern der Anzahl von Zyklen des Öffnens und Schließens der Ein-Aus-Ventile gesteuert werden kann.

Die elektromagnetischen Ventile 16 und 17 und die Steuereinheit 18 sind zum Steuern der Filmdicke der gewachsenen Schicht durch Steuern der Anzahl von Zyklen des Öffnens und Schließens der Ein-Aus-Ventile 6, 7 vorgesehen. Die Daten, welche die Anzahl der Zyklen des Öffnens und Schließens der Ein-Aus-Ventile 6 und 7, die Periode τ₁ des Einführens der gasförmigen Verbindung 8, die Periode τ₂ des Absaugens der gasförmigen Verbindung 8, die Periode τ₃ des Einführens der gasförmigen Verbindung 9 und die Periode τ₄ des Absaugens der gasförmigen Verbindung 9 angeben, werden in der Steuereinheit 18 entsprechend der Dicke der gewachsenen Schicht, die erhalten werden soll, voreingestellt.

Die Steuereinheit 18 weist einen Taktimpulsgenerator sowie verschiedene Zähler und Register auf. Wenn der Betrieb der Steuereinheit 18 gestartet wird, dann steuert diese das Öffnen und Schließen der Ein-Aus-Ventile 6 und 7 mit einer Zeit- bzw. Taktgebung, die in Fig. 4 gezeigt ist, indem ein Programm abläuft, wie es beispielsweise in Fig. 3 gezeigt ist.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, initialisiert die Steuereinheit 18 zunächst die verschiedenen internen Zähler und Register (Schritt 100). Dann gibt sie ein "Ein"-Signal auf das elektromagnetische Ein-Aus-Ventil 16, um dasselbe zum Zeitpunkt t₁ einzuschalten (das heißt zu öffnen). Die Steuereinheit 18 stellt einen Zeitzähler (τ) zurück, und dann startet sie erneut den Zeitzählvorgang des Zeitzählers (Schritt 101). Infolgedessen wird die gasförmige Verbindung 8 für das Wachsenlassen eines Kristalls auf dem Substrat 12 eingeleitet. Wenn die Steuereinheit 18 detektiert, daß der Zählwert τ des Zeitzählers, das heißt die Gaseinleitungsperiode, den Wert τ₁ erreicht (Schritt 102), dann schaltet sie das Ein-Aus-Ventil 6 zum Zeitpunkt t₂ aus, so daß dadurch die eingeleitete gasförmige Verbindung 8 abgesaugt wird. Die Steuereinheit 18 stellt den Zeitzähler (t) nun zurück und startet erneut den Zeitzählvorgang des Zeitzählers (Schritt 103). Nachdem die voreingestellte Absaugperiode τ₂ vergangen ist (Schritt 104), schaltet die Steuereinheit 18 das Ein-Aus-Ventil 7 zum Zeitpunkt t₃ ein, und sie startet den Zeitzähler in der beschriebenen Weise erneut (Schritt 105). Jetzt wird die gasförmige Verbindung 9 für das Wachsenlassen des Kristalls auf dem Substrat 12 eingeleitet. Wenn die Gaseinleitungsperiode τ den Wert τ₃ erreicht (Schritt 106), schaltet die Steuereinheit 18 das Ein-Aus-Ventil 7 zum Zeitpunkt t₄ aus (das heißt, sie schließt dieses Ventil), so daß dadurch das Gas aus dem Kristallzüchtungsbehälter 1 abgesaugt wird, und die Steuereinheit 18 startet den Zeitzähler erneut (Schritt 107). Nachdem die voreingestellte Absaugperiode τ₄ vergangen ist (Schritt 108), wird der Zählwert N eines Ventil-Ein-Aus-Zykluszählers auf N + 1 inkrementiert (Schritt 109). Durch die obige Aufeinanderfolge von Vorgängen in der bzw. durch die Steuereinheit 18 wird eine molekulare Schicht aus GaAs auf dem Substrat 12 gebildet, wie weiter oben erwähnt. Die Steuereinheit 18 überwacht nachfolgend, ob der Zählwert N die voreingestellte Zahl erreicht hat oder nicht (Schritt 110). Wenn die voreingestellte Zahl noch nicht erreicht worden ist, wiederholt die Steuereinheit 18 die Aufeinanderfolge von Vorgängen, so daß eine zweite molekulare Schicht aus GaAs gebildet wird. Wenn die vorbestimmten aufeinanderfolgenden Molekularschichten aus GaAs auf dem Substrat 12 ausgebildet worden sind, wird der Wachstumsvorgang beendet. Auf diese Weise wächst ein Film von GaAs, der eine gewünschte Dicke hat, auf dem Substrat 12 automatisch mit einer Genauigkeit so genau wie eine einzelne Molekularschicht auf. Während die Steuereinheit 18 die Aufeinanderfolge von Steuervorgängen ausführt, die oben angegeben sind, wird die Anzahl N der ausgeführten Ventil-Ein-Aus-Zyklen auf der Sichtwiedergabeeinheit 19 wiedergegeben. Die Bedienungsperson, die an der Herstellung des Halbleiters beteiligt ist, kann infolgedessen das Fortschreiten des Kristallwachstums erfassen.

Die Ga-haltige gasförmige Verbindung kann gasförmiges TMG, ZEGaCl, GaBr₃, GaI₃ oder GaCl₃ sein. Die Bestrahlung mit der Ultraviolettstrahlung kann kontinuierlich oder intermittierend während des Prozesses des Wachsens durchgeführt werden. Die Einrichtung zum Bestrahlen kann eine Lampe, wie beispielsweise eine Hochdruckquecksilberlampe oder eine Xenonlampe oder ein Laser, wie beispielsweise ein Excimerlaser, sein.

Es sei hier darauf hingewiesen, daß ZE für Diethyl, ZM für Dimethyl, TE für Triethyl, TM für Trimethyl stehen.

Obwohl sich die obige Ausführungsform auf GaAs als Halbleiter, der als Kristall wachsen gelassen werden soll, bezieht, ist die vorliegende Halbleiterkristallzüchtungsvorrichtung natürlich auch für das Züchten anderer III-V-Gruppen-Verbindungen, wie z. B. InP, AlP, GaP, etc., verwendbar. Weiterhin ist es möglich, Mischkristalle zu züchten, wie beispielsweise

Ga_(1-x)Al_xAs und Ga_(1-x)Al_xAs_(1-y)P_y.

Außerdem ist das Substrat nicht auf GaAs beschränkt, sondern es ist auch möglich, ein heteroepitaxiales Wachsen auf Substraten anderer Verbindungen zu bewirken. Endlich kann der Halbleiter ein Elementhalbleiter sein, der zum Beispiel zur Gruppe IV gehört. In den Fällen, in denen der Elementhalbleiter Si ist, kann das Kristallwachstum dadurch bewirkt werden, daß man eine Kombination eines solchen Chlorids, wie es SiCl₄, SiHCl₃ und SiH₂Cl₂ ist, und von H₂-Gas verwendet.

Darüber hinaus ist es, obwohl in der obigen Ausführungsform die Heizeinrichtung zum Erhitzen des Substrats 12 innerhalb des Kristallzüchtungsbehälters 1 vorgesehen ist, auch möglich, eine Infrarotlampe oder eine ähnliche Wärmequelle außerhalb des Kristallzüchtungsbehälters 1 so vorzusehen, daß das Substrat 12 mittels Wärmestrahlen erhitzt werden kann, die durch ein optisches Fenster übertragen bzw. eingestrahlt werden, das auf bzw. in dem Kristallzüchtungsbehälter 1 vorgesehen ist, um das Substrat 12 zu bestrahlen.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform der Halbleiterkristallzüchtungsvorrichtung mit einem Massenanalysator 24. In Fig. 5 sind die gleichen Bezugszeichen zum Bezeichnen der gleichen Teile, welche in Fig. 1 erscheinen oder von äquivalenten Teilen verwendet. Außer dem Massenanalysator 24 sind eine Steuereinrichtung 25 für den Massenanalysator 24 ein Mehrfachionensensor 26, der in der Lage ist, gleichzeitig eine Mehrzahl von unterschiedlichen Arten von Molekülen sensormäßig zu erfassen bzw. nachzuweisen, und ein Mehrfachaufzeichner 27, beispielsweise ein Mehrfachtintenschreiber, zum Aufzeichnen des Ausgangssignals des Mehrfachionensensors 26 vorgesehen, welche zusammen mit dem Massenanalysator 24 eine Abschätzungs-, Beurteilungs-, Bewertungs-, Bestimmungs- und/oder Berechnungseinrichtung bilden, die nachstehend abgekürzt als "Beurteilungseinrichtung" bezeichnet ist. Der andere Aufbau der Halbleiterkristallzüchtungsvorrichtung mit Ausnahme des Aufbaus, der die Abschätzungs-, Beurteilungs-, Bewertungs-, Bestimmungs- und/oder Berechnungseinrichtung betrifft, ist der gleiche wie in Fig. 1 gezeigt, so daß diesbezüglich auf die Beschreibung in Fig. 1 verwiesen wird.

Auf diese Weise wird das Fortschreiten des Kristallwachstums mittels der Beurteilungseinrichtung 24 bis 27 verfolgt und abgeschätzt, beurteilt, bewertet o. dgl. Es sei zum Beispiel angenommen, daß GaAs der Halbleiter ist, dessen Kristallwachstum auf dem Substrat 12 bewirkt wird; dann ist gasförmiges Trimethylgallum (TMG), das eine Verbindung der Gruppe III ist, die gasförmige Verbindung 8, die eingeleitet wird; und gasförmiges Arsin (AsH₃), das eine Verbindung der Gruppe V ist, ist die gasförmige Verbindung 9.

Zunächst wird das Substrat 12 in den Kristallzüchtungsbehälter 1 eingebracht, und dieser wird mittels der Ultrahochvakuumevakuierungseinheit 3 auf etwa 10^-7 bis 10^-8 Pascal (nachstehend als Pa abgekürzt) evakuiert. Dann wird der Betrieb der Beurteilungseinrichtung 24 bis 27 gestartet. Der Spitzenwähler (Peakselektor) des Mehrfachionensensors 26 wird so eingestellt, daß die einleitenden Gasmoleküle von AsH₃ (M/e = 78), sowie TMG (M/e = 114) ausgewählt werden, und daß die Reaktionsproduktmoleküle von beispielsweise CH₄ (M/e = 16) ausgewählt werden. Dann wird das GaAs-Substrat 12 mittels der Heizeinrichtung 10 beispielsweise auf 300 bis 800°C erhitzt. Danach wird gasförmiges TMG als Ga-haltige gasförmige Verbindung dadurch eingeführt, daß das Ein-Aus-Ventil 6 für 0,5 bis 10 Sek. offen und der Innendruck des Kristallzüchtungsbehälters 1 auf 10^-1 bis 10^-7 pa gehalten wird. Nachfolgend wird das Ein-Aus-Ventil 6 geschlossen, und das Gas im Kristallzüchtungsbehälter 1 wird abgesaugt. Nun wird gasförmiges AsH₃ als As-haltige gasförmige Verbindung 9 dadurch eingeführt, daß das Ein-Aus-Ventil 7 für 2 bis 200 Sek. offen und der Innendruck des Kristallzüchtungsbehälters 1 auf 10^-1 bis 10^-7 Pa gehalten wird. Auf diese Weise wächst wenigstens eine molekulare Schicht von GaAs auf dem Substrat 12. Es sei darauf hingewiesen, daß eine Einkristallwachstumsschicht aus GaAs, die die gewünschte Dicke hat, mit einer Genauigkeit so genau wie die Dicke einer einzelnen molekularen Schicht wächst, indem die Aufeinanderfolge der oben beschriebenen Vorgänge wiederholt wird, und zwar so oft, wie zum Erzielen der gewünschten Dicke erforderlich ist.

In dem obigen Kristallwachstumsprozeß können beim abwechselnden Einleiten von gasförmigem TMG und AsH₃ nicht nur TMG und AsH₃, sondern auch Methan (CH₄), das ein Reaktionsprodukt ist, detektiert werden, und das Fortschreiten des Kristallwachstums kann mittels des Mehrfachionensensors 26 sukzessive verfolgt werden.

Die Fig. 6 zeigt die relativen Intensitäten von AsH₃ (M/e = 78), TMG (M/e = 114) und CH₄ (M/e = 16), die mittels des Mehrfachionensensors 26 detektiert worden sind, als TMG und AsH₃ abwechselnd in der oben beschriebenen Weise eingeleitet wurden. Genauer gesagt, zeigt die Kurve die Daten, die erhalten wurden, als der Schritt des Einleitens von TMG unter einem Druck von 10^-13 Pa durch Offenhalten des Ein-Aus-Ventils 6 für 2 Sek. und der Schritt des Einleitens von AsH₃ unter einem Druck von 10^-2 Pa durch Offenhalten des Ein-Aus-Ventils 7 für 10 Sek. abwechselnd wiederholt wurden.

Wenn TMG oder GaCl₃ als Ga-haltige Verbindung verwendet werden, haftet das eingeleitete Gas sowohl an den Wänden des Kristallzüchtungsbehälters als auch am Substrat, und zwar wegen der großen Wechselwirkung des Gases mit der Behälterwand aufgrund von dessen niedrigem Dampfdruck bei Raumtemperatur. Weiter ist es so, daß die anhaftende Verbindung mit Verstreichen der Zeit festgesetzt wird, und das freigesetzte Gas kann dann nicht von dem Gas unterschieden werden, welches vom Substrat freigesetzt wird.

Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform, mit der die obige Schwierigkeit gelöst werden kann. In dieser Halbleiterkristallzüchtungseinrichtung ist eine Ummantelungseinrichtung 28 in einer solchen Position vorgesehen, daß sie die Düsen 4 und 5 umgibt. Die Ummantelungseinrichtung 28 hat Löcher oder Öffnungen, die mit den jeweiligen Düsen fluchten. Zum Kühlen der Ummantelungseinrichtung 28 ist ein Kühlmittelreservoir 29 an einem Ende der Ummantelungseinrichtung 28 vorgesehen, und ein Kühlmittel 31 wird in das Kühlmittelreservoir 29 durch einen Einlaß 30 desselben gegossen. In entsprechender Weise ist eine andere Ummantelungseinrichtung 32 vorgesehen, die eine Detektionsöffnung hat, welche mit dem Ende des Massenanalysators 24 fluchtet, und ein weiteres Kühlmittelreservoir 33 ist an einem Ende der Ummantelungseinrichtung 32 zum Kühlen derselben mit einem Kühlmittel 31 vorgesehen, das in das Kühlmittelreservoir 33 durch einen Einlaß 34 desselben gegossen wird. Die Kühleinrichtung zum Kühlen der Ummantelungseinrichtung ist nicht auf die Verwendung eines Kühlmittels, wie es beispielsweise flüssiger Stickstoff ist, beschränkt, sondern es kann beispielsweise auch eine Miniaturgefrier- bzw. -kältemaschine verwendet werden.

In dieser Ausführungsform wird ein Überschuß des in den Kristallzüchtungsbehälter 1 eingeleiteten Gases mittels der Ummantelungseinrichtungen 28 und 32 adsorbiert, und es werden nur Moleküle, die von dem Substrat l12 freigesetzt worden sind, vom Massenanalysator 24 eingefangen. Auf diese Weise ist es möglich, eine genaue Analyse der Wachstumsschicht zu erhalten.

Eine hochqualitative Halbleitereinrichtung kann dadurch leistungsfähig hergestellt werden, daß das Fortschreiten des Wachstums von einer Molekularschicht des Halbleiterkristalls auf dem Substrat nach der anderen Molekularschicht ständig mittels des Massenanalysators 24, der an dem Kristallzüchtungsbehälter 1 angebracht ist, verfolgt und beurteilt, bewertet, abgeschätzt o. dgl. wird.

Es erscheint überflüssig, darauf hinzuweisen, daß das Material des Substrats 12 und des darauf gebildeten Halbleiters nicht auf GaAs beschränkt ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, daß es möglich ist, mehr als zwei unterschiedliche Arten von Gasen in den Züchtungsbehälter 1 einzuführen, indem man die Anzahl von Düsen erhöht, insbesondere zum Zwecke des Dotierens mit Dotierstoffen oder des Erhaltens von Mischkristallen.

In den obigen Ausführungen ist zwar eine Heizeinrichtung zum Erhitzen des Substrats 12 in dem Kristallzüchtungsbehälter 1 vorgesehen, jedoch ist auch möglich, eine Infrarotlampe oder dergleichen vorzusehen, die außerhalb des Kristallzüchtungsbehälters 1 vorgesehen ist. Weiter kann das Substrat 12 mit Licht bestrahlt werden, während es erhitzt wird. Wenn man das tut, ist es möglich, die Substrattemperatur zu vermindern und die Qualität weiter zu verbessern, das heißt insbesondere die Kristallqualität.

Die Fig. 8 zeigt unter Weglassung des an sich dazugehörenden Massenanalysators eine weitere Ausführungsform der Halbleiterkristallzüchtungsvorrichtung, die mit einem Mechanismus bzw. einer Vorrichtung versehen ist, welche ein Dampfphasenätzen als Mittel zum Behandeln bzw. Vorbehandeln der Substratoberfläche gestattet. In Fig. 8 sind die gleichen Bezugszeichen zur Bezeichnung der gleichen Teile, die in Fig. 1 erscheinen, oder von äquivalenten Teilen verwendet. Diese Ausführungsform ist mit einer eine Düse aufweisenden Düseneinrichtung 40 zum Einleiten einer gasförmigen Verbindung 42 versehen, die für die Dampfphasenätzung verwendet wird, und mit einem Ventil 41 zum Öffnen und Schließen der Düseneinrichtung 40, durch die die gasförmige Verbindung 42, welche für die Dampfphasenätzung verwendet wird, eingeleitet wird. Die anderen Teile, mit Ausnahme derjenigen, die zum Einführen des Ätzgases vorgesehen sind, sind die gleichen wie in Fig. 1, so daß diesbezüglich auf die Beschreibung der Fig. 1 verwiesen wird.

In dieser Halbleiterkristallzüchtungsvorrichtung, wie sie in Fig. 8 gezeigt ist, wird ein Dampfphasenätzen in der nachfolgend beschriebenen Weise ausgeführt. Es sei zum Beispiel der Fall angenommen, daß ein GaAs-Substrat als Verbindungshalbleitersubstrat verwendet wird, und daß GaCl₃ als die gasförmige Verbindung 42, die für den Ätzzweck eingeleitet wird, verwendet wird. Zunächst wird das GaAs-Substrat 12 in der üblichen Weise geätzt, dann gespült und getrocknet, und dann wird es auf die Heizeinrichtung 10 gesetzt. Nachfolgend wird der Kristallzüchtungsbehälter 1 mittels der Ultrahochvakuumevakuierungseinheit 3 auf ungefähr 10^-7 Pa leergesaugt. Dann wird gasförmiges GaCl₃ eingeleitet, derart, daß sich ein Innendruck von etwa 10^-6 bis 10^-5 Pa ergibt, indem das Ventil 41 geöffnet wird. Das GaAs-Substrat kann mit einer Rate von etwa 0,1bis 100 nm/Min. geätzt werden, indem man die Substrattemperatur variiert.

Die Fig. 9A zeigt die Beziehung zwischen der Ätzrate und der Substrattemperatur, wobei die zugeführte Menge an GaCl₃ als Parameter verwendet wird. Die Kurve A wird erhalten, wenn die zugeführte Menge an GaCl₃ ein Drittel der Menge beträgt, die im Falle der Kurve B zugeführt wird. Fig. 9B zeigt die Relation zwischen der Ätzrate und der Menge an zugeführtem GaCl₃, wobei die Substrattemperatur als Parameter verwendet wird. Die Kurve C wird erhalten, wenn die Substrattemperatur 350°C beträgt, während die Kurve D erhalten wird, wenn die Substrattemperatur 250°C ist.

Aus diesen Kurven ist ersichtlich, daß die Ätzrate durch die Menge an zugeführtem GaCl₃ bestimmt wird, wenn die Substrattemperatur hoch ist, daß aber die Ätzrate, dann, wenn die Substrattemperatur vermindert ist, im wesentlichen unabhängig von der Menge an zugeführtem GaCl₃ ist und nur von der Substrattemperatur abhängt. Infolgedessen kann eine optimale Ätzrate dadurch eingestellt werden, daß man die Substrattemperatur und die zugeführte Menge an GaCl₃ in geeigneter Weise wählt.

Die Fig. 10 zeigt eine der Fig. 8 entsprechende Halbleiterkristallzüchtungsvorrichtung, die mit der Einrichtung 14 zum Bestrahlen des Substrats 12 versehen ist, sowie mit einem optischen Fenster 15 zum Zuführen der Strahlung, wenn ein Dampfphasenätzen ausgeführt wird.

Durch die Strahlung war es möglich, die Ätztemperatur um 100°C oder mehr zu vermindern. Die Bestrahlung kann während des Prozesses der Dampfphasenätzung kontinuierlich oder intermittierend erfolgen. In diesem Falle wird nicht nur das Substrat 12 bestrahlt, sondern das Ätzgas als solches kann dadurch bestrahlt werden, daß die Düse 40 aus einem transparenten Material ausgebildet wird. Wenn man das tut, kann das Ätzgas aktiviert werden, so daß dadurch der Ätzprozeß gefördert wird. Die Einrichtung 14 ist nicht auf eine Lampe, wie beispielsweise eine Hochdruckquecksilberlampe oder eine Xenonlampe beschränkt, das heißt, es ist beispielsweise auch möglich, einen Exzimerlaser oder einen vervielfachenden Laserstrahl zu verwenden.

Die Aktivierung des Ätzgases kann nicht nur durch die oben angegebene Bestrahlung bewirkt werden, sondern auch dadurch, daß eine Spannung an eine Hochfrequenzspule oder Elektroden angelegt sind, die in der Nachbarschaft der Düse 41 vorgesehen ist bzw. sind.

Obwohl sich die obigen Ausführungsformen prinzipiell auf die (100)-Ebene von GaAs beziehen, das als Substrat für das Kristallwachstum in diesen Ausführungsformen verwendet wird, ist die vorliegende Halbleiterkristallzüchtungsvorrichtung auch ebensogut auf andere Ebenen anwendbar, sie ist in keiner Weise durch die Dotierungs- bzw. Störstellenkonzentration des Substrats oder auf die Art des Substrats beschränkt. Weiter ist sie in gleicher Weise wirksam anwendbar bei anderen Verbindungen der Gruppen III-V, wie beispielsweise InP, AlP, GaP, etc., sowie auch auf Elementhalbleiter der Gruppe IV, wie beispielsweise Si, Ge etc. Darüber hinaus ist sie auch bei Mischkristallen anwendbar, beispielsweise

Ga_(1-x)Al_xAs, Ga_(1-x)Al_xAs_(1-y)P_y,

etc. Schließlich ist die gasförmige Verbindung, die zum Ätzen verwendet wird, nicht auf GaCl₃ beschränkt, sondern es kann statt dessen vielmehr beispielsweise auch HCl, HBr, PCl₃, AsCl₃, Cl₂, SF₆, CCl₂F₃, CF₄, C₃F₈, CH₃Br, etc. verwendet werden. Endlich ist ohne weiteres ersichtlich, daß eine Substratvorbehandlungskammer benachbart dem Kristallzüchtungsbehälter vorgesehen sein kann, und das Substrat kann in der Substratvorbehandlungskammer vorbehandelt werden, bevor es unter Vakuum in den Kristallzüchtungsbehälter zum Züchten eines Kristalls in denselben transportiert wird.

Claims

1. Halbleiterkristallzüchtungsvorrichtung, umfassend einen Kristallzüchtungsbehälter zum Aufnehmen eines Substrats; eine Heizeinrichtung zum Erhitzen des Substrats; eine Evakuierungseinrichtung zum Erzeugen eines Ultrahochvakuums; eine erste externe Gasquelle, die erste gasförmige Moleküle enthält, welche wenigstens einen Bestandteil eines Kristalls enthalten, sowie eine zweite externe Gasquelle, die zweite gasförmige Moleküle enthält, welche mit den ersten gasförmigen Molekülen chemisch reaktionsfähig sind, und Düseneinrichtungen zum Einführen der gasförmigen Moleküle, gekennzeichnet durch einen gegenüber dem aufgenommenen Substrat (12) angeordneten Massenanalysator (24) zur Verfolgung und Beurteilung des fortschreitenden Wachsens eines Kristalls.

2. Halbleiterkristallzüchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Massenanalysator (24) ein Massenspektrometer ist.

3. Halbleiterkristallzüchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektionsabschnitt des Massenanalysators (24) und die Öffnung(en) in der Düseneinrichtung (4, 5) zur Gaseinführung von einer Ummantelungseinrichtung (28, 32) umgeben sind, die mit einer Kühleinrichtung (31, 33) versehen ist.

4. Halbleiterkristallzüchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiter eine Einrichtung (14) zum Bestrahlen des Substrats (12) umfaßt.

5. Halbleiterkristallzüchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiter eine Ventileinrichtung (6, 7) umfaßt, die zwischen einer Düseneinrichtung (4, 5) zum Zuführen der gasförmigen Moleküle und der Gasquelle vorgesehen ist, sowie eine Steuereinrichtung (16, 17, 18) zum Steuern des Öffnens und Schließens der Ventileinrichtung (4, 5) gemäß einer vorbestimmten Zeitgebung und einer vorbestimmten Anzahl von Aufwachszyklen, so daß eine eine gewünschte Dicke aufweisende epitaxiale Wachstumsschicht mit einer Genauigkeit so genau wie die Dicke einer einzelnen molekularen Schicht gebildet werden kann.

6. Halbleiterkristallzüchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiter eine Düseneinrichtung (40) zum Einführen eines Ätzgases auf das Substrat (12) aufweist, so daß die Oberfläche des Substrats (12) durch Dampfphasenätzung behandelt werden kann, bevor das Wachsen eines Kristalls stattfindet.

7. Halbleiterkristallzüchtungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hochfrequenzspule oder Elektroden in der Nachbarschaft von wenigstens einem Teil der Düseneinrichtung (40) zum Einführen von Ätzgas eingeordnet ist oder sind.

8. Halbleiterkristallzüchtungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Düseneinrichtung (40) zum Einführen von Ätzgas mit Strahlung bestrahlt wird.

9. Halbleiterkristallzüchtungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Düseneinrichtung (40) zum Einführen von Ätzgas optisch transparent ist.