DE3608783C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gasphasen-Epitaxieverfahren, bei dem die Halbleiterscheiben während der Abscheidung auf einem Gaslager schwebend gehalten und gleichzeitig durch einen gerichteten Gasstrahl in Drehung versetzt werden.

Bei der Gasphasen-Epitaxie, insbesondere bei der epi­ taktischen Beschichtung von Halbleiterscheiben tritt das Problem auf, daß zur Erzielung einer gleichmäßigen Schichtdicke das zu beschichtende Substrat im Gasstrom innerhalb des Reaktors bewegt werden muß.

Bei einem aus der DE-OS 34 02 630 bekannten Verfahren wird ein plattenförmiger Körper, insbesondere eine Halb­ leiterscheibe, auf dem Gasstrom eines Trägergases schwe­ bend und berührungsfrei gehalten und in Drehung versetzt und gleichzeitig einer Wärmebehandlung mittels elektromagnetischer Wellen unter­ zogen.

Bei diesem bekannten Verfahren ist kein Trägerkörper für die Halbleiterscheiben vorgesehen. Dieses hat jedoch den Nachteil, daß die epitaktische Abscheidung jeweils nur bei einer Halbleiterscheibe durchgeführt werden kann, so daß verschiedene Scheiben unterschiedlichen Prozeßbe­ dingungen unterworfen sind und der Epitaxie-Prozeß bei mehreren Scheiben recht zeitaufwendig wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren und die zu seiner Durchführung erforderliche Vor­ richtung anzugeben, mit dem hochqualitative und gleich­ mäßige Epitaxieschichten bei vernünftigen Prozeßgeschwin­ digkeiten erzeugt werden können. Diese Aufgabe wird bei einem Gasphasen-Epitaxieverfahren der eingangs beschrie­ benen Art dadurch gelöst, daß die Halbleiterscheiben auf zwei einander gegenüberliegenden parallelen Aufnahme­ flächen eines als Trägerkörper dienenden Rotationskör­ pers angeordnet werden.

Hierbei wird der Trägerkörper durch einen aus Düsen austretenden Gasstrahl schwebend gehal­ ten und eine die Drehung des Trägerkörpers verur­ sachende Düse wirkt vorzugsweise tangential auf den Rand des Trägerkörpers ein. Zur Gaslagerung des Trägerkör­ pers kann einmal die an sich bekannte Abhebemethode ver­ wendet werden. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, das hydrodynamische Paradoxon auszunutzen.

Zur Führung der gewölbten Außenfläche des Trägerkörpers wird vorzugsweise eine an die gewölbte Außenfläche des Trägerkörpers angepaßte Kalotte verwendet, in deren Oberfläche die Austrittsöffnungen für das Gas angeordnet sind. Dabei ist wenigstens eine Düse so angeordnet, daß sich der Rotationskörper um seine Achse dreht, während er durch die übrigen Düsen über die Kalottenfläche an­ gehoben wird. Bei dem Rotationskörper kann es sich um eine Kugelschicht oder um eine Ellipsoidschicht handeln. Bei der Kalotte handelt es sich dementsprechend um eine Kugelkalotte oder um eine Kalotte mit konkaver, ellip­ soider Oberfläche. Die Düsen können auch so angeordnet werden, daß sich der Rotationskörper um zwei senkrecht zueinander stehende Achsen dreht, wodurch eine optimale Bewegung der Halbleiterscheiben im Gasstrom des Reaktors erreicht wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung er­ geben sich aus den Unteransprüchen. Ferner wird die Er­ findung nachstehend noch anhand eines Ausführungsbei­ spieles näher erläutert. Die

Fig. 1 und 2 zeigen Schnittdarstellungen durch einen Gasreaktor und durch die Vorrichtung zur Führung der zu beschichtenden Halb­ leiterscheiben gemäß dem Stand der Technik, welche nicht beansprucht werden. Die

Fig. 3 zeigt nach der Erfindung in einer perspekti­ vischen Ansicht einen als Kugelschicht ausgebildeten Trägerkörper für die zu beschichtenden Halbleiterschei­ ben.

Gemäß Fig. 1 ist ein Quarzreaktor 1 von einer Spule 2 umgeben, die zur induktiven Erwärmung des Halterungs­ systems für die zu beschichtenden Halbleiterscheiben 7 dient. Der Gasstrom 22 zum Anheben der Halbleiterschei­ ben 7 wird vorzugsweise noch in der Wandung des Reaktors zugeführt und tritt dort an einer Öffnung 23 aus dem Führungskanal 3 in das Halterungssystem für die Halb­ leiterscheiben 7 ein. Das Halterungssystem besteht vor­ zugsweise aus einem Körper 4 mit einer Anschlußöffnung an die Gaszuführung 23 und einem Hohlraum 8, in dem sich das Levitationsgas unterhalb der Düsenöffnungen 5 ver­ teilt. Über den Düsenöffnungen 5 ist die Halbleiter­ scheibe 7 angeordnet, die durch das austretende Gas an­ gehoben wird. Der Trägerkörper 4 weist vorzugsweise einen Randflansch 24 auf, der die Halbleiterscheibe 7 umfaßt und somit diese auch im angehobenen und schwe­ benden Zustand in ihrer Lage hält. Auf den Außenrand 7 a der Halbleiterscheibe 7 ist eine weitere Düse 6 gerich­ tet. Der aus ihr austretende Gasstrom trifft tangential so auf den Außenrand 7 a der Halbleiterscheibe 7 auf, daß die praktisch reibungslos auf dem Gaspolster gehalterte Halbleiterscheibe in Rotation um ihre Rotationsachse versetzt wird. Das Halterungssystem besteht beispiels­ weise aus Graphit.

Bei der Anordnung nach der Fig. 2 wird die Halbleiter­ scheibe 7 durch Adhäsion festgehalten, wobei das hydro­ dynamische Paradoxon nach Bernoulli ausgenutzt wird. Das Gas tritt wiederum durch den Führungskanal 3 in der Reaktorwand in das Halterungssystem 4 ein und strömt durch einen Kanal 11 radial an der Fläche der Halblei­ terscheibe 7 nach außen ab. Dadurch wird die Halbleiter­ scheibe 7 schwebend gehaltert und gleichzeitig über eine seitlich auf den Rand der Halbleiterscheibe 7 einwir­ kende Düse 6 a in Rotation um die Rotationsachse 9 versetzt. Die Halbleiter­ scheibe 7 wird wiederum durch einen Flansch 10 am Körper 4 seitlich begrenzt, so daß sie ihre Rotationsachse während der Drehung beibehält.

Gemäß der Erfindung werden die Halbleiterscheiben 19, wie in Fig. 3 dargestellt, auf einem Trägerkörper 17 angeordnet. Der Trägerkörper 17 besteht aus einem punkt­ symmetrischen Rotationskörper mit einer gewölbten Außen­ fläche 21 und zwei ebenen, parallel zueinander angeord­ neten Außenflächen 18 a und 18 b, auf die die Halbleiter­ scheiben 19 aufgebracht werden. Hierbei können mehrere Halbleiterscheiben an den genannten Flächen befestigt werden. Der Rotationskörper 17 kann eine Kugelschicht oder eine Ellipsoidschicht sein. Die gewölbte Außen­ fläche des Rotationskörpers 17 wird in einer entspre­ chenden Kalotte 13 geführt, die als Kugelkalotte oder als Ellipsoidkalotte ausgebildet ist. In der konkaven Kalottenfläche sind die Düsenaustrittsöffnungen ange­ ordnet, wobei die Düsenöffnungen 15 für die Anhebung des Rotationskörpers und damit für die Gaslagerung dieses Körpers sorgen, während eine Öffnung 14 die Rotation des Körpers um seine Rotationsachse bewirkt. Diese Düse 14 kann auch so angeordnet werden, daß sich der Rotations­ körper 17 gleichzeitig um die Achse der Kalotte dreht, so daß die zu beschichtenden Halbleiterscheiben 19 op­ timal im Gasstrom ständig ihre Lage verändern.

Das Gas zur Anhebung des Rotationskörpers und zu seiner Drehung wird vorzugsweise durch den Kalottenkörper 12 von unten hindurchgeführt, verteilt sich im Inneren des Kalottenkörpers 12 und tritt dann durch die Düsenöff­ nungen 14 und 15 aus. Im Zentrum der Kalottenfläche ist beispielsweise ein Führungsstift 16 angeordnet, der über die Kalottenfläche hinausragt und in eine Führungsnut 20 am Umfang des Rotationskörpers 17 eingreift.

Durch diese Maßnahme wird der Rotationskörper 17 auch im angehobenen Zustand sicher geführt, so daß er nicht aus der Kalottenführung fallen kann. Selbstverständlich sind auch andere Maßnahmen denkbar, um den Rotationskörper 17 seitlich zu haltern bzw. zu führen. Der Rotationskörper 17 und der Kalottenkörper 12 bestehen vorzugsweise aus Graphit. Als Levitationsgas wird beispielsweise das Trägergas für das Abscheidungsmaterial verwendet.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens und der zu­ gehörigen Vorrichtung ist es gelungen, auch extrem dünne Epitaxieschichten in der Größenordnung von 10 nm mit gleichmäßiger Schichtdicke auf geeigneten Substratkör­ pern abzuscheiden. Außerdem ist mit der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung ein sehr rascher Gaswechsel möglich, was zur Erzielung dünner Schichtenfolgen von großer Be­ deutung ist.

Claims (9)

1. Gasphasen-Epitaxieverfahren, bei dem die Halbleiter­ scheiben während der Abscheidung auf einem Gaslager schwebend gehalten und gleichzeitig durch einen gerich­ teten Gasstrahl in Drehung versetzt werden, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Halbleiterscheiben (19) auf zwei einander gegenüberliegenden parallelen Aufnahmeflächen (18 a, 18 b) eines als Trägerkörper (17) dienenden Rota­ tionskörpers angeordnet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (17) durch aus Düsen (15) austre­ tendes Gas angehoben und durch einen weiteren Gasstrom, der aus mindestens einer tangential angeordneten Düse (14) austritt, in Rotation versetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (17) unter Ausnutzung des hydro­ dynamischen Paradoxons schwebend gehalten wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (17) gleich­ zeitig um zwei zueinander senkrecht stehende Achsen rotiert.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Führung der gewölbten Außenflächen (21) des Trägerkörpers (17) eine mit Düsenöffnungen (14, 15) ver­ sehene Kalotte (13) vorhanden ist, wobei wenigstens eine Düse (14) die Rotation des Trägerkörpers (17) verursacht und weitere Düsen (15) zum Anheben des Rotationskörpers (17) vorgesehen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kalotte (13) Düsen (14, 15) so angeordnet sind, daß sich der Rotationskörper sowohl um seine Rota­ tionsachse als auch um eine hierzu senkrecht stehende Achse dreht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Rotationskörper aus einer punktsymme­ trischen Kugelschicht besteht und daß die Kalotte (13) eine Kugelkalotte ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper aus Graphit besteht.

9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Zentrum der Kalotten­ fläche (13) ein Führungsstift (16) angeordnet ist, der in eine Nut (20) in der gewölbten Außenfläche (21) des Rotationskörpers (17) eingreift und diesen Rotations­ körper führt.