DE7411287U - Epitaxietiegel - Google Patents

Description

"Epitaxietiegel¹¹

Die Neuerung "bezieht sie h auf einen Epitaxietiegel zur Herstellung von einkristallinen Mehrfachschichten auf einem Substrat nach einem Verfahren der Flüssigphasenepitaxie.

Bei der Flüssigphasenepitaxie werden zur Abscheidung von Mehrfachschichten auf einem Substrat nacheinander üblicherweise unterschiedlich zusammengesetzte, schmelzflüssige Lösungen der abzuscheidenden Materialien für eine bestimmte Zeit mit einem Substrat in Berührung gebracht. Nach Aufwachsen einer bestimm-

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ten Schichtdicke wird die Schmelzlösung wieder vom Substrat ! entfernt und eine weitere Schmelzlösung zum Aufwachsen einer¹ weiteren Schicht über das Substrat gebracht. Zur Erzeugung homogener Mehrfachschichten guter Qualität sind bestimmte Bedingungen hinsichtlich der Verfahrensparameter, wie beispiels-

weise Temperatur, Menge der Schmelzlösung und Dauer der Aufwachszeit sehr genau einzuhalten. Zur Erleichterung des recht komplizierten Herstellungsverfahrens von einkristallinen Mehrfachschichten auf einem Substrat sind bereits Vorrichtungen in Form Drehtiegeln oder Schiebetiegeln bekannt geworden. Bei Drehtiegeln werden mehrere Schmelzlösungen zur Herstellung von Mehrfachschichten nacheinander durch eine Drehbewegung eines Tiegelteiles über ein Substrat gebracht. Bei Schiebetiegeln wird dieser Vorgang durch Liniarbewegungen von Tiegelteilen durchgeführt. Die Neuerung kann bei beiden Tiegelarten Anwendung finden.

Bei allen Tiegelanordnungen zum Aufwachsen von Mehrfachschichten muß nach dem Aufwachsen einer Schicht mit einer gewünschten Schichtdicke überflüssiges, für die Bildung der Schult nicht mehr erforderliches Schmelzmaterial vom Substrat entfernt werden. Dies wird dadurch erreicht, daß bei einem Dreh-

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tiegel der die verschiedenen Schmelzlösungen enthaltende drehbare Tiegelteil um einen bestimmten Winkel weiter gedreht wird und bei einem Schiebetiegel dadurch, daß der die Schmelzlösungen enthaltende Tiegelteil ebenfalls ein entsprechendes Stück i weitergeschoben wird. Dabei tritt häufig der Pail auf, daß in : der Schmelze ausgefallene kleine Kristalle die Oberfläche der . ' jeweils zuvor abgeschiedenen einkristallinen Schicht beschädigen. Das ist aber sehr nachteilig, weil fiir sehr viele Anwendungen grade sehr glatte Grenzflächen zwischen den unterschiedlichen einkristallinen Schütten, die nacheinander aufgebracht werden, erforderlich sind. ί

Der Neuerung liegt daher die Aufgabe'zugrunde, einen Epitaxietiegel anzugeben, bei dem eine Beschädigung der Oberfläche ei- */ ner abgeschiedenen einkristallinen Schicht beim Entfernen der _; : Schmelzevon dieser Schicht ausgeschlossen ist. ; ;

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Ein Epitaxietiegel gemäß der Neuerung ist dadurch gekennzeich- .|U net, daß er einen mit Schmelzlösung füllbaren Aufwachsraum ent- >*' hält, in dem das zu beschichtende Substrat derart angeordnet wird, daß die zu beschichtende Fläche senkrecht steht. Der Epitaxietiegel ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß er

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eine unterhalb des Aufwachsraumes angeordnete Ausnehmung enthält, die während eines Aufwachsvorgangs vom Aufwacbsraum abgeschlossen ist und nach Beendigung eines Aufwachsvorgangs mit dem Aufwachsraum verbunden werden kann. Dia se Ausnehmung '-* dient zur Aufnahme der Schmelzlösung, die sich bei Beendigung '■$ des Aufwachsens einer Schicht auf dem Substrat noch im Auf- if) wachsraum befindet. Durch Herstellen einer Verbindung zwischen dem Aufwachsraum und der unter dem Aufwachsraum liegenden Ausnehmung fließt die Schmelzlösung in diese Ausnehmung. Ein Vorteil dieser Anordnung liegt insbesondere darin, daß jegliche Beschädigung der Oberfläche einer bereits auf dem Substrat abgeschiedenen Schicht Jbeim. Entfernen der Schmelzlösung vermieden wird.

Ein Ausführungsbeispiel eines gemäß der Neuerung ausgebildeten Epitaxietiegels wird nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert.

In Figur 1 ist zunächst nocheinmai ein schon an sich bekannter Epitaxietiegel in Form eines Schiebetiegels schematisch dargestellt. In einer Ausnehmung im Tiegelunterteil 1 ist ein zu beschichtendes Substrat 4 angeordnet. Ein gegen dieses Un-

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terteil 1 in Pfeilrichtung verschiebbares Tiegeloberteil 2 enthält mit Schmelzlösungen gefüllte Ausnehmungen 3 bzw. 3'· In der gezeigten Stellung des Tiegeloberteiles 2 wird zunächst aus der in der Ausnehmung 3 vorhandenen Schmelzlösung eine Schicht auf dem Substrat 4 abgeschieden. Nach Beendigung des Aufwachsvorganges dieser ersten Schicht wird durch eine Bewegung des Tiegeloberteiles 2 in Pfeilrichtung durch die mit 5 bezeichnete Kante des Tiegeloberteiles die nicht mehr benötigte Schmelzlösung von der aufgebrachten Schicht abgestreift. Bei diesem Vorgang geschieht es häufig, daß die Oberfläche der bereits gebildeten Schicht durch in der Schmelze ausgefallene Kristalle beschädigt wird.. Dadurch ist die Herstellung von aufgewachsenen Schichten mit sehr glatten Oberflächen nicht mehr möglich. Durch weiteres Verschieben des Tiegeloberteiles 2 in Richtung des dargestellten Pfeiles würde dann die in der Ausnehmung 3' des Tiegeloberteiles angeordnete Schmelzlösung zur Abscheidung einer weiteren. Schicht über das Substrat 4 gebracht werden.

Ein Aasführungsbeispiel eines Epitaxietiegels gemäß der Neuerung wird unter Bezug auf die Figuren 2, 3 "und 4 näher erläutert. Dargestellt ist jeweils im Längsschnitt ein Epitaxie-

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tiegel in Form eines Schiebetiegels. Der Epitaxietiegel besteht aus einem Hittelteil 11, das gemäß der Neuerung einen Aufwachsraum 15 enthält, in dem ein zu beschichtendes Sub6trat 16 derart angeordnet werden kann, daß die zu beschichtende Substratfläche 17 senkrecht steht. Ein Tiegeloberteil 12

O enthält Ausnehmungen 18, 18' zur Aufnahme unterschiedlicher : , Schmelzlösungen, aus denen auf dem Substrat 16 Schichten abgeschieden werden sollen. Starr verbunden mit dem Tiegeloberteil 12 ist ein weiteres Tiegelteil 13, das Ausnehmungen 19 bzw. 19' aufweist. Die Verbindung zwischen diesem Tiegelteil 13 und dem Tiegeloberteil 12 ist in den Figuren nicht dargestellt. In der Figur 2 ist weiter ein Tiegelunterteil 10 dargestellt, das neuerungsgemäß eine Ausnehmung 14 enthält, die unterhalb des Aufwachsraums 15 im Tiegelmittelteil 11 angeordnet ist.

Die Wirkungsweise des neuerungsgemäßen Epitaxietiegels wird nachfolgend durch Beschreibung eines Aufwachsvorgangs erläutert. In dem in Figur 2 dargestellten Zustand sei im Aufwachsraum 15 im Tiegelteil 11 ein zu beschichtendes Substrat 16 derart angeordnet, daß die zu beschichtende Substratfläche 17 senkrecht steht. In den Ausnehmungen 18, 18'

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des Tiegeloberteils 12 befinden eich Schmelzlösungen beispielsweise von Halbleitermaterial, aus denen auf dem Substrat 16 Halbleiterschiäften abgeschieden werden sollen. Zur Durchführung des .Epitaxievorgangs befindet sich der in den Figuren dargestellte Epitaxietiegel natürlich in einem geeigneten Reaktionsraum, der mit einem geeigneten Schutzgas gefüllt ist, und der durch einen Ofen auf die für den Epitaxievorgang erforderliche hohe Temperatur gebracht werden kann. Diese für die Erläuterung der Neuerung nicht erforderlichen Teile des Reaktionsraumes sind in den Figuren nicht dargestellt. Vie in Figur 2 dargestellt, befindet sich zunäehet keine Schmerzlösung im Aufwachsraum 15. Durch eine lineare Bewegung in

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Richtung des dargestellten Pfeils wird das Tiegeloberteil 12 derart nach links verschoben, daß die in der Ausnehmung 18 des Tiegeloberteils 12 befindliche Schmelzlösung oder bei kleinem Volumen des Aufwachsraumes 15 ein entsprechender Teil davon in den Aufwachsraum 15 gelangt und dort die zu beschichtende Substratfläche 17 bedeckt. Gleichzeitig mit dem Tiegeloberteil 12 wurde das mit diesem verbundene Tiegelteil 13 nach links verschoben.

Der durch den ersten Schiebevorgang des Tiegeloberteils 12 erreichte Zustand ist in Figur 3 dargestellt. Die Schmelzlösung, die zunächst in der Ausnehmung 18 des Tiegeloberteils 12 vorhanden war, befindet sich jetzt im Aufwachsraum 15 im

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Tiegelmittelteil 11 und steht dort in Kontakt mit der- zu "beschichtenden Fläche des Substrats 16. Nach Erreichen der gewünschten Schichtdicke auf dem Substrat 16 werden Tiegeloberteil 12 und das mit diesem verbundene Tiegelteil 13 derart in Richtung des dargestellten Pfeils verschoben, daß die im Tiegelteil 13 angeordnete Ausnehmung 19 unter den Aufwachsraum 15 gelangt und eine Verbindung ziir im Tiegelteil 1o angeordneten Ausnehmung 14 herstellt. Die damit erreichte Situation ist in Figur 4 dargestellt. Die nach der Erzeugung einer ersten Schicht auf dem Substrat16 noch im Aufwachsraum 15 vorhandene Schmelzlösung fließt in die unterhalb des Aufwachsraumes 15 angeordnete Ausnehmung 14 ab. Durch die neuerungsgemäße Ausbildung eines Epitaxietiegels erfolgt die Trennung der Schmelzlösung von der gerade auf dem Substrat abgeschiedenen Schicht ohne daß die Oberfläche der abgeschiedenen Schicht beschädigt wird. Dadurch lassen sich die für viele Anwendungen sehr wichtigen glatten Oberflächen der auf dem Substrat abgeschiedenen einkristallinen Schichten beispielsweise Halbleiterschichten erreichen.

Durch eine weitere Verschiebung des Tiegeloberteils und des mit ihm verbundenen Tiegelteiles 13 nach links wird dann der Aufwachsraum 15 wieder von der Ausnehmung 14 abgetrennt und

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der schon vorstehend beschriebeneVorgang kann zur Erzeugung einer weiteren einkristallinen Schicht wiederholt werden. Die nächste Schicht würde aus der in der Ausnehmung 18' des Oberteiles 12 befindlichen Schmelzlösung abgeschieden werden.

In Abhängigkeit von den Abmessungen des Aufwachsraumes und der Viskosität der Schmelzlösung kann es vorkommen, daß die zunächst im Aufwachsraum 15 befindliche Schmelzlösung nach Herstellung einer Verbindung des Aufwachsraumes 15 niit eier im Unterteil des Epitaxietiegels angeordneten Ausnehmung 14 nicht selbst abfließt. In einer Weiterbildung des nexierungsgemäß ausgebildeten Epitaxietiegels sind deshalb im Oberteil 12 des Epitaxietiegels weitere, mit den Ausnehmungen 19 bzw. 19' im Tiegelteil 13 fluchtende Ausnehmungen 20 bzw. 20' vorgesehen. Dieses Ausführungsbeispiel ist in Figur 5 dargestellt.

Jeweils nach Beendigung eines Aufwachsvorgangs kann durch diese weiteren Ausnehmungen im Oberteil 12 ein ebenfalls neuerungsgemäß vorgesehener Schieber 21 derart in Richtung des Pfeils 22 verschoben werden, daß die zunächst im Aufwachsraum 15 zurückbleibende Schmelzlösung in die im Unter-

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teil 10 des Tiegels angeordnete Ausnehmung 14 gedrückt wird. Um zu verhindern, daß "bei Betätigung des Schiebers eine Beschädigung der auf dem Substrat "16 abgeschiedenen Schicht' erfolgt, ist der Schieber 21 gemäß der Schnittzeicbjiung nach Figur 6 ausgebildet.

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Claims (3)

1. Schutzans-pr Ii c h e

   1, Epitaxietiegel zur Flüssigphasenepitaxie, insbesondere zur Abscheidung von mehreren einkristallinen Schichten unmittelbar nacheinander aus unterschiedlich zusammengesetzten Schmelzlösungen auf einem Substrat gekennzeichnet durch ei- ' nen mit Schmelzlösung füllbarea Aufwachsraum (15), in dem das zu beschichtende Substrat (16) derart angeordnet ist, _: daß die zu beschichtende Substratfläche (17) senkrecht steht, und eine im Epitaxietiegel unterhalb des Aufwachsraums (15)

   j angeordnete Ausnehmung (14), die jeweils während eines Auf- : r wachsvorgangs vom Aufwachsraum (15) abgeschlossen ist und nach " Beendigung eines Aufwachsvorgangs mit dem Aufwachsraum verj bunden ist.
2. 2. Epitaxietiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung bzw. Abtrennung des Aufwachsraums (15) mit der Ausnehmung (14) durch Ausnehmungen (19, 19') in einem zwischen Tiegelteil (11) und Tiegelteil (10) angeordneten Tiegelteil (13) erfolgt, das mit dem Tiegelteil (12) starr verbfanden ist.

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3. 3. Epitaxietiegel nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch mit den Ausnehmungen ('I9i 19') im Tiegelteil (15) fluchtende Ausnehmungen (20, 20') im Tiegelteil (12).

   4·. Epitaxietiegel nach Anspruch 3 gekennzeichnet durch einen in die Ausnehmungen (20, 20') einführbaren Schieber (21).

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