DE4206374C2

DE4206374C2 - Verfahren und Vorrichtungen zur Epitaxie

Info

Publication number: DE4206374C2
Application number: DE19924206374
Authority: DE
Inventors: Ulrich Bommer
Original assignee: Vishay Semiconductor GmbH
Current assignee: Vishay Semiconductor GmbH
Priority date: 1992-02-29
Filing date: 1992-02-29
Publication date: 2000-11-02
Anticipated expiration: 2012-03-01
Also published as: DE4206374A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Substrathalter für die Flüssigphasenepitaxie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie seine Verwendung.

Bei der Flüssigphasenepitaxie wird eine in einer Schmelze gelöste Substanz durch Abkühlen und damit Übersättigen der Schmelze auf einem Substrat abgeschieden. Das Substrat und die gelöste Substanz können z. B. GaAs sein, mit Ga als Lö sungsmittel. Ein anderes Beispiel ist Silizium als Substrat und als gelöste Substanz, mit ebenfalls Gallium oder auch Indium oder Wismut als Lösungsmittel. Hei der Gasphasenepi taxie werden Substanzen aus der Gasphase auf dem Substrat niedergeschlagen, z. B. GaAs unter Verwendung von Chlor als Trägergas oder Si aus SiH₄. Weiterhin können metallorgani sche Verbindungen verwendet werden, z. B. Trimethylgallium als Galliumlieferant zusammen mit AsH₃ als As-Lieferant.

Bei der Flüssigphasenepitaxie werden Substrate entweder in etwa waagerecht oder in etwa senkrecht gehalten. Ein Sub strathalter für die letztere Halteart ist z. B. in DE-A- 33 15 794 ausführlich beschrieben. In jedem Halteort sind zwei Nuten mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt und mit im wesentlichen halbkreisförmigem Umfang vorhanden, um die Substrate im wesentlichen entlang ihres gesamten Randes zu halten.

Jedoch ist es auch möglich, jedes Substrat nur an wenigen Punkten entlang des Randes zu halten, in welchem Fall die Nuten nicht im wesentlichen halbkreisförmig ausgebildet sind, sondern nur in Form kürzerer Kreisbogen vorliegen.

Da meistens epitaktisches Wachstum nur auf einer der beiden im wesentlichen kreisförmigen Hauptflächen der Substrate er forderlich ist, werden Substrate in der Regel in jedem Hal teort paarweise dicht nebeneinanderstehend so gehalten, daß ihre auf ihren Hauptflächen rechtwinklig stehenden Achsen zusammenfallen und dabei die Flächen, auf denen Schichten epitaktisch aufgewachsen werden sollen, voneinander weg zei gen. Eine derartige Anordnung von Substraten wird im folgen den als "Substratpaar" bezeichnet. Würden keine weiteren Maßnahmen ergriffen, könnten dann aber nach dem Epitaxiepro zeß die beiden Substrate nicht mehr ohne weiteres voneinan der getrennt werden, da sie während der Epitaxie zumindest entlang der Ränder miteinander verwachsen würden.

Dieses Verwachsen wird gemäß dem Stand der Technik dadurch verhindert, daß diejenige Fläche eines jeden Substrates, die an das benachbarte Substrat in einem Substratpaar stoßen soll, mit einer Beschichtung versehen wird, die aus einem Material besteht, wie es auch als Substrathaltermaterial geeignet ist, also aus einem Material, das von der Schmelze kaum angelöst wird und auf dem kaum Kristallwachstum stattfindet. Beschichtungsstoffe sowohl für Verbindungs- wie auch für Elementhalbleiter sind z. B. SiO₂, Si₃N₄ oder BN. Es ist schwierig, derartige Be schichtungen nur jeweils auf der genannten Berührungsfläche aufzubringen. Häufig bedecken sie zumindest auch die schmale Randfläche mit der Gefahr, von dieser abzublättern. Ein wei terer Nachteil ist der, daß die Beschichtung auf der Berüh rungsfläche nach dem Epitaxieprozeß beseitigt werden muß, um eine Rückseitenelektrode aufzubringen.

Es ist offensichtlich, daß angesichts der vorstehend genann ten Nachteile seit Jahren der Wunsch bestand, den genannten großtechnisch bei einer hohen Stückzahl von Substraten aus geführten Prozeß zum Vornehmen und Wiederbeseitigen der Be schichtung zu vereinfachen oder zu umgehen.

Das eben genannte Problem wird gemäß einem erfindungsgemäßen Substrathalter zum Halten von Substratpaaren bei der Flüssigpha senepitaxie dadurch beseitigt, daß zwischen die beiden Substrate jedes Paares eine Zwischenplatte aus einem Material eingefügt wird, das beim Epitaxieprozeß als Substrathaltermaterial geeignet ist. Es kommen also die oben genannten Materialien wie SiO₂, nun bevorzugt in der Form einer Quarzplatte, Si₃N₄, BN, aber auch z. B. Al₂O₃, AlN oder Graphit in Frage. Im Fall einer Graphitplatte ist es von Vorteil, diese mit einer Hartgraphit-Oberflächenschicht zu versehen, entsprechend wie es bei Tiegeln für das Kristall ziehen von Silizium erfolgt. Die Platten können dann viel fach verwendet werden, da sie kaum angegriffen werden.

Ein Substrathalter als erste erfindungsgemäße Vorrichtung, der mindestens über einen Halteort für ein Substratpaar verfügt, wobei jeder Halteort mindestens eine Nut mit im wesentlichen halbkreisförmigem Umfang aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, daß

- zu jedem Halteort eine Zwischenplatte der eben beschriebe nen Art gehört und
- die Breite jeder Nut etwas größer ist als die Summe der Dicken der beiden zu haltenden Substrate und der Zwischen platte.

Es ist offensichtlich, daß das Einfügen einer Zwischenplatte der genannten Art erheblich einfacher ist als das Aufbringen und Wiederentfernen einer Schutzschicht. Darüber hinaus fällt die Beschädigungsgefahr für die Substrate weg, die in Zusammenhang mit der genannten Schutzschicht bestehen. Es vereinfacht sich also nicht nur die Herstellung, sondern es wird auch der Gesamtwirkungsgrad beim Ausführen der Epitaxie erhöht.

Die zu wählende Dicke der Zwischenplatte hängt stark von ih rem Durchmesser ab. Ist der Durchmesser größer als der der Substrate, kann die Zwischenplatte als dünne Folie ausgebil det sein, da dann keinerlei Gefahr besteht, daß die Substra te miteinander in Verbindung treten. Hat die Zwischenplatte dagegen maximal den Durchmesser der Substrate, ist ihre Dicke so groß zu wählen, daß Epitaxieschichten oder Kristal lite, die im Randbereich der Substrate wachsen, nicht mit einander verwachsen und dadurch die Substrate miteinander verbinden. Da die Größe von schicht- und nadelförmigen Kris talliten von der Dauer des ausgeführten Epitaxieprozesses abhängt, ist der mit einem Substrathalter jeweils auszuführ ende Epitaxieprozeß bei der Wahl der Dicke der Zwischenplat te zu berücksichtigen. Weiterhin ist zu beachten, ob die Schmelze freien Zutritt zu Randbereichen der Substrate hat oder ob die Randbereiche im wesentlichen vom Substrathalter abgedeckt werden. Hat die Schmelze freien Zutritt, sind dic ke Epitaxieschichten aufzuwachsen, und entspricht der Durch messer der Zwischenplatte maximal dem der Substrate, kann eine Dicke der Zwischenplatte von einigen wenigen Millime tern erforderlich sein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1: eine Seitenansicht einer Substrathalterhälfte mit zwei Halteorten, wobei im einen Halteort nur eine Zwischen platte, im anderen Halteort dagegen zwei Substrate mit ein gefügter Zwischenplatte liegen;

Fig. 2: Vorderansicht eines Substrathalters mit zwei Hälften gemäß Fig. 1, welcher Substrathalter in eine Schmelze in einem teilgeschnitten dargestellten Schmelzenbehälter einge taucht ist;

Fig. 3: Teildarstellung entsprechend der von Fig. 1, wobei jedoch die Zwischenplatte einen geringeren Durchmesser auf weist als die Substrate, während bei der Variante gemäß Fig. 1 die Durchmesser gleich sind;

Fig. 4: Darstellung entsprechend der von Fig. 2, jedoch mit einem Substrathalter, in den Substrate und eine Zwischen platte, die einen größeren Durchmesser aufweist als die Sub strate, von oben eingesetzt werden können; und

Fig. 5: Darstellung entsprechend der von Fig. 3, jedoch für die Variante gemäß Fig. 4 mit einer Zwischenplatte, deren Durchmesser größer ist als der der Substrate.

Fig. 1 zeigt in Seitenansicht die linke Hälfte 10.1 eines Substrathalters 10, wie er in Fig. 2 in Vorderansicht darge stellt ist. Der Substrathalter verfügt über zwei Halteorte 11.1 und 11.2 zum Halten jeweils zweier Substrate 12.1 und 12.2. Die linke Substrathalterhälfte 10.1 verfügt, wie auch die rechte 10.2, in jedem Halteort 11.1 bzw. 11.2 über je weils eine Nut 13.1 bzw. 13.2 mit im wesentlichen halbkreis förmigem Umfang und im wesentlichen rechteckigem Quer schnitt.

Die Substrate des Ausführungsbeispiels sind GaAs-Substrate mit 2 Zoll (etwa 5 cm) Durchmesser und 0,5 mm Dicke. Im rechten Halteort 11.2 von Fig. 1 ist außer den beiden Sub straten 12.1 und 12.2 noch eine diese trennende Zwischen platte 14.1 in die Nut 13.2 eingesetzt, welche Zwischenplatte aus Quarz besteht und dieselben Abmessungen aufweist wie je des der Substrate. Die Breite der Nut 13.2 ist etwas größer als die Summe der Dicken der beiden Substrate 12.1 und 12.2 und der Zwischenplatte 14.1. Dies, damit es wegen der unter schiedlichen Ausdehnungskoeffizienten des Substrathalters 10, der Substrate und der Zwischenplatte beim Aufheizen und Abkühlen der Anordnung nicht zu thermischen Spannungen kommt. Aus demselben Grund ist der Durchmesser der Nut 13.2 etwas größer als der Durchmesser der Substrate und der Zwi schenplatte.

Die beiden Substrathalterhälften 10.1 und 10.2 werden durch eine Halteplatte 15 mit Zugstange 16 zusammengehalten, wozu Schrauben 17 dienen, die durch die Halteplatte 15 gesteckt und in die Substrathalterhälften eingeschraubt sind. Die Halteplatte 15 überdeckt eine Schmelzenkammer 18 in einem Schmelzenbehälter 19, in den der Substrathalter 10 einge setzt ist.

Details, wie ein Substrathalter und ein Schmelzenbehälter der anhand der Fig. 1 und 2 beschriebenen Art im Detail aus geführt sein können, finden sich in der Schrift DE-A- 33 15 794. Der wesentliche Unterschied zu der in der eben genannten Schrift beschriebenen Vorrichtung besteht darin, daß jede Nut so breit ist, daß sie außer zwei Substraten auch noch die Zwischenplatte halten kann.

Fig. 3 dient zur Veranschaulichung, daß eine Zwischenplatte nicht unbedingt denselben Durchmesser aufweisen muß wie die Substrate, wie dies bei der Zwischenplatte 14.1 gemäß den Fig. 1 und 2 der Fall ist. Die Zwischenplatte 14.2 in Fig. 3 weist erheblich geringeren Durchmesser auf als die Substrate 12.1 und 12.2. Sie besteht aus einer 2 mm starken Graphit platte.

Die Fig. 4 und 5 veranschaulichen einen Substrathalter 10 mit einer Zwischenplatte 14.3, deren Durchmesser größer ist als der der Substrate 12.1 und 12.2. Beim Ausführungsbei spiel besteht die Zwischenplatte 14.3 aus einer Quarzfolie von 0,2 mm Stärke, mit einem Durchmesser, der um 2 mm größer ist als derjenige der Substrate 12.1 und 12.2.

Der Substrathalter gemäß Fig. 4 ist ähnlich aufgebaut wie der von Fig. 2, mit einer linken Hälfte 10.1' und einer rech ten Hälfte 10.2'. Die beiden Substrathalterhälten 10.1' und 10.2' werden nicht durch eine einzige Halteplatte 15 zusam mengehalten, wie im Fall der Vorrichtung von Fig. 2, sondern durch eine obere Halteplatte 15.1 mit der Zugstange 16 und eine untere Halteplatte 15.2, die Löcher 21 aufweist, durch die Schmelze beim Herausziehen des Halters 10 aus der Schmelzenkammer 18 abfließen kann. Dieser Halter stützt Sub strate nur in ihrer unteren Hälfte ab, und zwar mit drei Nuten mit jeweils kurzem kreisbogenförmigem Umfang. Die eine Nut befindet sich ganz unten, die beiden anderen je weils links bzw. rechts in halber Höhe der Substrate. Der Querschnitt jeder der Nuten 13.3 ist aus Fig. 5 erkennbar. In der Mitte jeder Nut 13.3 ist noch eine Mittennut 20 vor handen, die zum Aufnehmen der Zwischenplatte 14.3 dient.

Die Zwischenplatte 14.3 mit einem Durchmesser, der größer ist als derjenige der Substrate 12.1 und 12.2 stellt sicher, daß die beiden Substrate beim Epitaxieprozeß nicht miteinan der in Verbindung treten, obwohl die Schmelze freien Zutritt fast zu den gesamten Randbereichen der Substrate hat.

Es sei angemerkt, daß die Zwischenplatte 14.3 mit vergrößer tem Durchmesser nicht nur in Zusammenhang mit einem Sub strathalter verwendbar ist, der im wesentlichen freien Zu tritt zu den Rändern der Substrate zuläßt, sondern daß eine derartige Zwischenplatte auch bei einem Substrathalter gemäß den Fig. 1 und 2 verwendet werden kann, bei dem die Substra te im wesentlichen entlang ihrer gesamten Ränder von Nutwän den umgeben werden. Wesentlich ist nur, daß der Durchmesser und die Dicke der Zwischenschicht jeweils so gewählt werden, daß jeweils zwei benachbarte Substrate bei einem Epitaxie prozeß nicht miteinander verbunden werden und daß das Mate rial für die Zwischenplatte ein solches ist, wie es auch als Substrathaltermaterial geeignet ist, also ein Material, das von der Schmelze nicht wesentlich angelöst wird und auf dem kaum Kristallwachstum stattfindet.

Claims

1. Substrathalter (10) für die Flüssigphasenepitaxie, mit mindestens einem Halteort (11.1, 11.2) für paarweise dicht nebeneinanderstehend gehaltene Substrate (12.1, 12.2), deren auf ihren Hauptflächen rechtwinklig stehenden Achsen zusammenfallen und dabei die Flächen, auf denen Schichten epitaktisch aufgewachsen werden sollen, voneinander wegzeigen, wobei jeder Halteort mindestens eine Nut (13.1, 13.2; 13.3) mit im wesentlichen halbkreisförmigen Umfang zum Halten der beiden Substrate aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Halteort zwischen den Substraten eine Zwischenplatte (14.1; 14.2; 14.3) eingefügt ist, die aus einem Material besteht, das als Substrathaltermaterial geeignet ist, und die Breite jeder Nut etwas größer ist als die Summe der Dicken der beiden zu haltenden Substrate und der Zwischenplatte.

2. Substrathalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenplatte (14.1; 14.2; 14.3) höchstens einige Millimeter stark ist.

3. Substrathalter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenplatte (14.1) im wesentlichen denselben Durchmesser aufweist wie die Nut (13.1, 13.2; 13.3).

4. Substrathalter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenplatte (14.3) einen etwas größeren Durchmesser aufweist als die Nut (13.3), und die Nut selbst über eine Mittennut (20) verfügt, deren Durchmesser im wesentlichen dem Durchmesser der Zwischenplatte entspricht und deren Breite geringfügig größer ist als die Breite der Zwischenplatte.

5. Verwendung des Substrathalters nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zum Halten von Substraten bei der Flüssigphasenepitaxie.