DE3605973A1

DE3605973A1 - Liquid-phase epitaxial arrangement

Info

Publication number: DE3605973A1
Application number: DE19863605973
Authority: DE
Inventors: Ulf Dr Ing Koenig
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1986-02-25
Filing date: 1986-02-25
Publication date: 1987-08-27

Abstract

The invention relates to a liquid-phase epitaxial device which can be used, in particular, in an industrial mass production. A supply chamber is present in which a plurality of substrate carriers each containing a plurality of semiconductor substrates to be coated can be stacked one on top of the other. A two-part mechanical coupling device at the beginning and at the end of a substrate carrier makes it possible to pull the latter out of the supply chamber one after the other and to coat the substrates in a plurality of melting chambers which are arranged alongside the supply chamber.

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigphasen-Epitaxieanord nung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a liquid phase epitaxial arrangement tion according to the preamble of claim 1.

Elektronische Bauelemente, z.B. Transistoren, Photodioden sowie Halbleiterlaser, sind aus Verbindungshalbleitern, z.B. GaAs, InP, herstellbar mit Hilfe der Flüssigphasen- Epitaxie, die auch mit LPE ("liquid phase epitaxy") abge kürzt wird. Dabei wird über einem zu beschichtenden Halb leiter-Substrat eine übersättigte Schmelze (Lösung) ange ordnet, so daß daraus auf dem Substrat eine gewünschte (Halbleiter-)Schicht aufwächst. Durch Wiederholung dieses Vorganges wird auf dem Substrat eine dem herzustellenden Bauelement entsprechende Halbleiter-Schichtenfolge aufge wachsen. Dazu werden die zu beschichtenden Halbleiter- Substrate zunächst in einen Substratträger gelegt, der anschließend unter mindestens einer Schmelzkammer hin durchbewegt wird, so daß die darin befindliche übersättig te Schmelze das Halbleiter-Substrat im wesentlichen ganz flächig berührt.Electronic components, e.g. Transistors, photodiodes as well as semiconductor lasers, are made of compound semiconductors, e.g. GaAs, InP, producible with the help of the liquid phase Epitaxy that also abge with LPE ("liquid phase epitaxy") is shortened. It is over a half to be coated conductor substrate a supersaturated melt (solution) arranges so that a desired one on the substrate (Semiconductor) layer grows up. By repeating this The process is carried out on the substrate Component corresponding semiconductor layer sequence opened to grow. For this purpose, the semiconductor Substrates first placed in a substrate carrier, the then under at least one melting chamber is moved through, so that the supersaturated in it essentially melt the semiconductor substrate entirely touched flat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungs gemäße Anordnung dahingehend zu verbessern, daß insbeson dere bei einer industriellen Massenfertigung eine zuver lässige sowie kostengünstige Herstellung von Verbindungs halbleiter-Bauelementen möglich ist.The invention has for its object a genus to improve the arrangement so that in particular in the case of industrial mass production casual and inexpensive production of connections semiconductor devices is possible.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteil hafte Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.This problem is solved by the in the characteristic Part of claim 1 specified features. Advantage sticky refinements and / or further training are the Removable subclaims.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß zum Bewegen der Substratträger im heißen Bereich der Anordnung ledig lich ein Schieber erforderlich ist, so daß störende Durch führungen und/oder störanfällige sowie die Epitaxie kammer verschmutzende Bauteile vermeidbar sind.An advantage of the invention is that for moving the substrate carrier single in the hot area of the arrangement Lich a slide is required so that annoying through guides and / or prone to failure as well as the epitaxy Chamber contaminating components can be avoided.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungs beispiels näher erläutert unter Bezugnahme auf eine sche matische Zeichnung.The invention is based on an embodiment exemplified with reference to a cal matic drawing.

Die Figur zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine beispielhafte LPE-Anordnung. Dabei sind die geometri schen Maße der Anordnung im wesentlichen abhängig von dem Durchmesser und der Anzahl der zu beschichtenden Halblei ter-Substrate sowie der Anzahl der Schmelzen. In einem Rohrofen 1, der z.B. auf eine Temperatur im Temperaturbe reich von 600°C bis 850°C aufheizbar ist, befindet sich ein Schutzrohr 2, das z.B. aus Quarzglas besteht. Dieses wird von einem Schutzgas 3, z.B. Wasserstoff und/oder Argon, durchflossen. Im Bereich des Rohrofens 1 befindet sich innerhalb des Schutzrohres 2 ein sogenanntes Epita xie-Boot, das vorteilhafterweise vollständig aus Graphit hergestellt ist. Dadurch wird eine gleichmäßige Tempera turverteilung ermöglicht. Das Epitaxie-Boot besteht aus einem Gehäuse 4, das beispielsweise vier Schmelzkammern 5 bis 8 enthält, die mit unterschiedlich zusammengesetzten Schmelzen 9 bis 12 gefüllt sind, z.B. mit Sn-dotiertem GaAs, Zn-dotiertem GaAlAs, Zn-dotiertem GaAs sowie undo tiertem GaAs. Die Höhe der Schmelzen 9 bis 12 ist ein stellbar durch unterschiedlich hohe Stempel 13, die sich innerhalb der Schmelzkammern 5 bis 8 befinden. Angrenzend an diese befindet sich eine mit einem Deckel 14 abdeckbare Vorratskammer 15, in der mehrere, beispielsweise fünf, Substratträger 16 übereinander gestapelt sind. Jeder Substratträger 16 besitzt mehrere Vertiefungen 17, bei spielsweise jeweils vier, in die nicht dargestellte Halb leiter-Substrate einlegbar sind, z.B. kreisförmige GaAs- Halbleiterscheiben mit einem Durchmesser von ungefähr 50 mm und einer Dicke von ungefähr 0,5 mm. An dem Anfang 18 sowie am Ende 19 eines jeden Substratträgers 16 befin det sich jeweils ein Teil einer zweiteiligen mechanischen Koppelvorrichtung derart, daß mehrere Substratträger 16 hintereinanderkoppelbar sind. Dazu sind Anfang 18 und Ende 19 als mechanisch komplementäre Bauteile ausgeführt, die formschlüssig ineinandergreifen. In dem dargestellten Beispiel ist am Anfang 18 eine Nut 20 in die Unterseite des Substratträgers 16 gefräst, während am Ende 19 eine entsprechende Nut in die Oberseite des Substratträgers 16 gefräst ist. Wird nun mit Hilfe eines in Pfeilrichtung 21 bewegten Schiebers 22 der unterste Substratträger aus der Vorratskammer 15 gezogen, so verkoppelt sich das Ende des untersten Substratträgers mit dem Anfang des darüberlie genden Substratträgers. Eine derartige Kopplung ist darge stellt für den Schieber 22 und den untersten Substratträ ger.The figure shows a schematic longitudinal section through an exemplary LPE arrangement. The geometrical dimensions of the arrangement are essentially dependent on the diameter and the number of semiconductor substrates to be coated and the number of melts. In a tube furnace 1 , which can be heated, for example, to a temperature in the temperature range from 600 ° C. to 850 ° C., there is a protective tube 2 , which consists, for example, of quartz glass. A protective gas 3 , for example hydrogen and / or argon, flows through this. In the area of the tube furnace 1 there is a so-called epitaxy boat within the protective tube 2 , which is advantageously made entirely of graphite. This enables a uniform temperature distribution. The epitaxial boat consists of a housing 4 , which contains, for example, four melting chambers 5 to 8 , which are filled with differently composed melts 9 to 12 , for example with Sn-doped GaAs, Zn-doped GaAlAs, Zn-doped GaAs and undoped GaAs . The height of the melts 9 to 12 is adjustable by stamps 13 of different heights, which are located within the melting chambers 5 to 8 . Adjacent to this is a storage chamber 15 which can be covered with a cover 14 and in which a plurality, for example five, substrate carriers 16 are stacked one above the other. Each substrate carrier 16 has a plurality of depressions 17 , for example four each, in the semiconductor substrates, not shown, can be inserted, for example circular GaAs semiconductor wafers with a diameter of approximately 50 mm and a thickness of approximately 0.5 mm. 18 at the beginning and at the end 19 of each substrate carrier 16 befin part of a two-part mechanical coupling device det respectively such that a plurality of substrate support 16 are hintereinanderkoppelbar. For this purpose, the beginning 18 and end 19 are designed as mechanically complementary components that interlock positively. In the example shown, a groove 20 is milled into the underside of the substrate carrier 16 at the beginning 18 , while a corresponding groove is milled into the top of the substrate carrier 16 at the end 19 . If the bottom substrate carrier is now pulled out of the storage chamber 15 with the aid of a slide 22 moved in the direction of arrow 21 , the end of the bottom substrate carrier couples with the beginning of the substrate carrier lying above it. Such a coupling is Darge provides for the slide 22 and the lowest substrate carrier.

Es ist daher in wirtschaftlicher Weise möglich, eine Vielzahl von Halbleiter-Substraten gleichzeitig auf die erforderliche Epitaxietemperatur aufzuheizen und die Substrate anschließend zeitlich nacheinander unter die Schmelzen 9 bis 12 zu bringen, so daß in wirtschaftlicher Weise mehrere dotierte und/oder undotierte Halbleiter schichten auf das Substrat aufwachsbar sind.It is therefore economically possible to heat a large number of semiconductor substrates simultaneously to the required epitaxial temperature and then to bring the substrates successively under the melts 9 to 12 , so that several doped and / or undoped semiconductors layers on the in an economical manner Substrate are growable.

Es ist vorteilhaft, in der Vorratskammer 15 sowie an den Substratträgern 16 eine Führungsvorrichtung, z.B. Füh rungsstäbe sowie entsprechende Führungsnuten, anzubringen, damit der beschriebene Koppelvorgang der Substratträger 16 in zuverlässiger Weise durch die Schwerkraft erfolgt.It is advantageous in the storage chamber 15 and the substrate 16 supports a guiding device, for example, approximately Füh rods and corresponding guide grooves to attach, so that the coupling process, the substrate carrier 16 is effected in a reliable manner described by gravity.

Es ist weiterhin zweckmäßig, nach dem Epitaxievorgang die Substratträger 16 mit den darin befindlichen beschichteten Substraten in einer nicht dargestellten Lagerkammer zu lagern, welche der Vorratskammer 15 entspricht. In der Lagerkammer ist beispielsweise ein schnelles Abkühlen der Substrate möglich. Die Substrate werden beispielsweise erst dann aus der Lagerkammer entfernt, wenn die Vorrats kammer 15 geleert ist und alle Substrate beschichtet sind. It is furthermore expedient after the epitaxy process to store the substrate carriers 16 with the coated substrates therein in a storage chamber (not shown) which corresponds to the storage chamber 15 . For example, rapid cooling of the substrates is possible in the storage chamber. The substrates are only removed from the storage chamber, for example, when the storage chamber 15 is emptied and all substrates are coated.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungs beispiel beschränkt, sondern sinngemäß auf weitere anwend bar. Beispielsweise ist es möglich, daß die Koppelvorrich tung am Anfang 18 einen Stift besitzt, der in eine ent sprechende Vertiefung oder einen Durchbruch am Ende 19 greift. Für die Koppelvorrichtung sind weitere derartige komplementäre Bauteile verwendbar.The invention is not limited to the described embodiment example, but analogously applicable to other bar. For example, it is possible that the Koppelvorrich device at the beginning 18 has a pin which engages in a corresponding recess or an opening at the end 19 . Additional complementary components of this type can be used for the coupling device.

In einer derartigen Anordnung sind verschiedene Verbin dungshalbleiter, z.B. sogenannte III/V- oder II/VI- oder II/IV-Halbleiter-Substrate beschichtbar.In such an arrangement there are different connections semiconductor, e.g. so-called III / V- or II / VI- or II / IV semiconductor substrates can be coated.

Claims

1. liquid-phase epitaxial arrangement, in particular for growing at least one semiconductor layer on a semiconductor substrate from a compound semiconductor consisting of a heat-conducting housing,

- In which a disk-shaped substrate carrier is present with at least one recess into which a semiconductor substrate to be coated can be inserted, and
in which there is at least one melting chamber above the substrate carrier, characterized in that
- That a storage chamber ( 15 ) is arranged adjacent to the melting chamber ( 5 ), in which at least one substrate carrier ( 16 ) can be stored, and
- That at the beginning ( 18 ) and at the end ( 19 ) of the substrate carrier ( 16 ) each has a coupling device such that at least two substrate carriers can be coupled mechanically one after the other.

2. Liquid phase epitaxial arrangement according to claim 1, characterized in that the coupling arrangement consists of mechanically complementary components that interlock positively such that the end ( 19 ) of a first substrate carrier with the beginning ( 18 ) of a second substrate carrier can be mechanically coupled.

3. Liquid phase epitaxial arrangement according to claim 1 or claim 2, characterized in that the coupling arrangement comprises at least one groove ( 20 ) such that the end ( 19 ) of a first substrate carrier with the beginning ( 18 ) of a second substrate carrier can be coupled.

4. Liquid phase epitaxial arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that in the storage chamber ( 15 ) at least two substrate carriers ( 16 ) are stackable one above the other and that when pulling out and / or pushing out the lowermost substrate carrier, its end coincides with the beginning of the one above it Mechanically coupled substrate carrier.

5. Liquid-phase epitaxial arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that in the storage chamber ( 15 ) at least one guide device is provided such that at least two substrate carriers ( 16 ) are stackable one on top of the other and that their sliding back is ensured by the application of gravity .

6. Liquid-phase epitaxial arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a storage chamber is present in which the substrate carrier ( 16 ) can be stored after the end of the epitaxial process.

7. liquid phase epitaxial arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the sub stratträger ( 16 ) in the storage chamber are stackable.

8. liquid phase epitaxial arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that at least the substrate carrier ( 16 ) are made of graphite.

9. liquid phase epitaxial arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that in at least one melting chamber ( 6 ) there is a plunger ( 13 ), the cross section of which is adapted to that of the melting chamber and which is an adjustment of the height of the melt ( 10 ) enables.