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DE10208911A1 - Process for depositing material from supply vessel comprises positioning the substrate and supply material in stack, introducing inert gas and reaction gas, expanding the gas flows, stopping the deposition, and cooling the substrate - Google Patents

Process for depositing material from supply vessel comprises positioning the substrate and supply material in stack, introducing inert gas and reaction gas, expanding the gas flows, stopping the deposition, and cooling the substrate

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DE10208911A1
DE10208911A1 DE2002108911 DE10208911A DE10208911A1 DE 10208911 A1 DE10208911 A1 DE 10208911A1 DE 2002108911 DE2002108911 DE 2002108911 DE 10208911 A DE10208911 A DE 10208911A DE 10208911 A1 DE10208911 A1 DE 10208911A1
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DE
Germany
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substrate
gas
stock material
reaction
deposition
Prior art date
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Application number
DE2002108911
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German (de)
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Anne Rumberg
Wolfgang Fritsch
Martha-Ch Lux-Steiner
Sven Wiesner
Rainer Beccard
Christoph Giesen
Johannes Kaeppeler
Gerd Strauch
Arnulf Jaeger-Waldau
Nikolaus Meyer
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Aixtron SE
Hahn Meitner Institut Berlin GmbH
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Aixtron SE
Hahn Meitner Institut Berlin GmbH
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Publication date
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Abstract

Process for depositing material from a supply vessel comprises positioning substrate and supply material in a stack at short distance from each other before heating reaction chamber, feeding inert gas and reaction gas directly into reaction volume between supply material and substrate at elevated speed, expanding gas flows before reaching supply material to reduce gas flow speed, stopping deposition by switching inert gas and/or adjusting temperature gradient, and cooling substrate and supply material. An Independent claim is also included for a device for carrying out the deposition process, comprising: a unit for positioning the substrate (2) and the supply material (1) in a stack; a reactor (R) having an opening for the gas inlet (4) in the reactor chamber; units for expanding the gas stream; regulating units for separately regulating the supply material and substrate; heating units; and cooling units. Preferred Features: The supply material is chalcopyrites, II-VI or III-V compounds, transition chalcogenides, silicon or germanium, preferably in solid or liquid form. The substrate is made from glass, quartz, ceramic, silicon or other semiconductor material.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abscheiden von Material aus einem Vorrat, welcher über die Reaktion mit einem halogenhaltigen Reaktionsgas in gasförmige Zwischenprodukte überführt und auf einem Substrat im Reaktionsraum abgeschieden wird (chemischer Gasphasentransport), wobei der Reaktionsraum mit in diesem angeordneten Vorratsmaterial und Substrat unter einem Inertgasstrom aufgeheizt und ein Temperaturgradient zwischen Vorratsmaterial und Substrat derart eingestellt wird, dass TSubstrat < TVorr. ist, der Inertgasstrom durch einen Gasstrom aus Trägergas und halogenhaltigem Gas oder halogenhaltigem Gasgemisch (Reaktionsgas) zur Überführung des Vorratsmaterials in gasförmige Verbindungen und Transport derselben zum Substrat ersetzt, die Abscheidung beendet sowie das beschichtete Substrat abgekühlt wird, und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens. The invention relates to a method for separating material from a supply, which is converted into gaseous intermediate products via the reaction with a halogen-containing reaction gas and is deposited on a substrate in the reaction space (chemical gas phase transport), the reaction space with stock material and substrate arranged therein under one The inert gas stream is heated and a temperature gradient between the stock material and the substrate is set such that T substrate <T stock , the inert gas stream through a gas stream of carrier gas and halogen-containing gas or halogen-containing gas mixture (reaction gas) for converting the stock material into gaseous compounds and transporting them to the substrate replaced, the deposition ended and the coated substrate is cooled, and an arrangement for performing the method.

Ein derartiges Verfahren ist aus DE 198 55 021 C1 bekannt, in der die Abscheidung von Halbleitermaterial aus einem Vorrat über gasförmige Halogenverbindungen als Zwischenprodukte auf ein Substrat beschrieben ist. Das erwähnte Verfahren wird in einem offenen System durchgeführt, in dem Vorrat und Substrat vertikal und horizontal gegeneinander verschoben werden müssen. Während der Deposition befinden sich Vorrat und Substrat in geringem Abstand zueinander, was als Close-Spaced Vapour Transport (CVST) bezeichnet wird. Nachteilig an diesem Verfahren ist das notwendige Verschieben von Vorrat und Substrat gegeneinander, welches mechanisch schwierig zu lösen ist, da alle im Reaktionsraum verwendeten Materialien resistent gegenüber halogenhaltigem Transportgas sein müssen und nicht zu einer Verunreinigung des Halbleitermaterials führen dürfen. Weiterhin muss der Reaktor in der beschriebenen Anordnung vollständig mit halogenhaltigem Transportgas gefüllt werden, das bedeutet das Füllen eines wesentlich größeren Volumens als das Reaktionsvolumen zwischen Vorrat und Substrat, in dem der Transport des Halbleitermaterials stattfindet. Daher wird eine weitaus größere Menge an Transportgas benötigt als für den eigentlichen Transport der abzuscheidenden Materialien notwendig wäre. Nachteilig ist ebenso die Verwendung von zwei separaten Heizvorrichtungen für Vorrat und Substrat ohne Möglichkeit einer Kühlung einer oder beider Seiten, wodurch keine ausreichende Temperaturregelung, die für die Prozessteuerung von großer Relevanz ist, gegeben ist. Die Abscheidung von Verbindungshalbleitern erfolgt in dem in DE 198 55 021 C1 angegebenen Verfahren - wie bereits erwähnt - aus einem einzigen Vorrat. Eine kongruente Verflüchtigung bei der Reaktion mit dem halogenhaltigen Transportmittel kann jedoch nicht für alle Verbindungshalbleiter eingestellt werden, was sich nachteilig auf die Materialeffizienz des Verfahrens auswirkt. Such a method is known from DE 198 55 021 C1, in which the Deposition of semiconductor material from a supply via gaseous ones Halogen compounds are described as intermediates on a substrate. The method mentioned is carried out in an open system in which The stock and substrate can be shifted against each other vertically and horizontally have to. During the deposition, the stock and substrate are in short distance from each other, what is called Close-Spaced Vapor Transport (CVST) is called. The disadvantage of this method is that which is necessary Moving stock and substrate against each other, which is mechanical is difficult to solve because all materials used in the reaction space must be resistant to halogen-containing transport gas and not too may lead to contamination of the semiconductor material. Furthermore must the reactor in the arrangement described completely with halogen Filling transport gas, that means filling one essential larger volume than the reaction volume between the stock and the substrate, in which the transport of the semiconductor material takes place. Therefore, one much larger amount of transport gas is required than for the actual one Transport of the materials to be deposited would be necessary. The disadvantage is likewise the use of two separate heating devices for stock and Substrate with no possibility of cooling one or both sides, thereby insufficient temperature control necessary for process control of is of great relevance. The separation of Compound semiconductors are made in the manner specified in DE 198 55 021 C1 Process - as already mentioned - from a single stock. A congruent one Volatilization in the reaction with the halogen-containing transport agent can however, not set for all compound semiconductors, which is adversely affects the material efficiency of the process.

Das in DE 198 55 021 C1 beschriebene CSVT-Verfahren im offenen System ist an ein Verfahren im geschlossenen System zur Herstellung von Chalkopyrit-Verbindungen angelehnt, welches in Thin Solid Films 226 (1993) S. 254-258 "Close-spaced vapour transport of CuInSe2, CuGaSe2 and Cu(Ga,In)Se2", G. Masse and K. Djessas veröffentlicht wurde. Das hier beschriebene Verfahren läuft in einem geschlossenen Reaktionsraum ab, wobei die Beschichtung eines Substrates mit einem Halbleitermaterial aus einem Vorrat der Verbindungshalbleiter ebenfalls über gasförmige Zwischenprodukte erfolgt. Das Verfahren wird bei niedrigen Drücken (10-5 mbar) unter Verwendung von Jod als Transportmittel angewandt. Auf Grund der Anordnung im geschlossenen Volumen sind die Möglichkeiten zur Prozessteuerung begrenzt, da sich ein Reaktionsgleichgewicht einstellt. Es kann daher nicht gewährleistet werden, dass alle erforderlichen chemischen Reaktionen in die gewünschte Richtung ablaufen. Erschwerend kommt hinzu, dass in der beschriebenen Anordnung nur der Vorrat beheizt wird und die Temperaturdifferenz zwischen Vorrat und Substrat lediglich durch den Abstand zwischen beiden in begrenztem Umfang geregelt werden kann, was besonders nachteilig ist, da der Abstand zwischen Vorrat und Substrat den Transport der gasförmigen Zwischenprodukte entscheidend beeinflusst. Mit Hilfe des beschriebenen Einstufenprozesses zur Herstellung von Chalkopyrit- Verbindungen kann auch hier eine kongruente Verflüchtigung der verwendeten Ausgangsmaterialien nicht realisiert werden. The CSVT process described in DE 198 55 021 C1 in the open system is based on a process in the closed system for producing chalcopyrite compounds, which is described in Thin Solid Films 226 ( 1993 ) pp. 254-258 "Close-spaced vapor transport of CuInSe 2 , CuGaSe 2 and Cu (Ga, In) Se 2 ", G. Masse and K. Djessas. The process described here takes place in a closed reaction space, the coating of a substrate with a semiconductor material from a supply of the compound semiconductors likewise taking place via gaseous intermediate products. The process is used at low pressures (10 -5 mbar) using iodine as a means of transport. Due to the arrangement in the closed volume, the possibilities for process control are limited because a reaction equilibrium is established. It can therefore not be guaranteed that all required chemical reactions will proceed in the desired direction. To make matters worse, in the arrangement described, only the supply is heated and the temperature difference between supply and substrate can only be regulated to a limited extent by the distance between the two, which is particularly disadvantageous since the distance between supply and substrate is used to transport the gaseous Intermediate products decisively influenced. With the help of the one-step process described for the production of chalcopyrite compounds, congruent volatilization of the starting materials used cannot be achieved here either.

Ein CSVT-Verfahren im offenen System ist aus J. Electrochem. Soc.: Solid State Science 116 (6) (1969), S. 843-847 "The Epitaxy of ZnSe on Ge, GaAs and ZnSe by an HCl Close-Spaced Transport Process" H. J. Hovel and A. G. Milnes bekannt. Anders als bei dem vorerwähnten Einstufenprozess läuft das Verfahren hier bei Drücken im Bereich des Atmosphärendruckes ab. Sowohl Vorrat als auch Substrat werden in der von Hovel und Milnes benutzten Anordnung über separate IR-Lampen beheizt. Als Transportmittel wird ein H2/HCl-Gemisch verwendet, wobei der HCl-Anteil bei maximal 0,2% liegt. Zum Erreichen hoher Wachstumsraten sind daher Temperaturen von oberhalb 600°C erforderlich. Ähnlich der in DE 198 55 021 C1 beschriebenen Anordnung beträgt das Reaktorvolumen ein Vielfaches des Reaktionsvolumens, sodass ein Großteil des Transportgases ungenutzt in den Gasauslass des Reaktors gespült wird. Außerdem sind die Möglichkeiten zur Temperaturregelung einschränkt, da keine Kühlvorrichtung vorgesehen ist. Die kongruente Verflüchtigung von Verbindungshalbleitern wird in der Veröffentlichung von Hovel und Milnes nicht behandelt. Für die schnelle Abscheidung von Chalkopyriten bei möglichst großer Materialeffizienz ist das beschriebene Verfahren aus diesem Grund nicht geeignet. A CSVT process in the open system is from J. Electrochem. Soc .: Solid State Science 116 ( 6 ) ( 1969 ), pp. 843-847 "The Epitaxy of ZnSe on Ge, GaAs and ZnSe by an HCl Close-Spaced Transport Process" HJ Hovel and AG Milnes. In contrast to the one-step process mentioned above, the process here takes place at pressures in the range of atmospheric pressure. Both the supply and the substrate are heated by separate IR lamps in the arrangement used by Hovel and Milnes. An H 2 / HCl mixture is used as the means of transport, the HCl content being at most 0.2%. Temperatures above 600 ° C are therefore required to achieve high growth rates. Similar to the arrangement described in DE 198 55 021 C1, the reactor volume is a multiple of the reaction volume, so that a large part of the transport gas is flushed into the gas outlet of the reactor unused. In addition, the possibilities for temperature control are limited because no cooling device is provided. The congruent volatilization of compound semiconductors is not dealt with in the publication by Hovel and Milnes. For this reason, the method described is not suitable for the rapid deposition of chalcopyrites with the greatest possible material efficiency.

In US 5 769 942 werden in sehr allgemeiner Weise ein Verfahren und mehrere Vorrichtung zur Abscheidung von Halbleitermaterial beschrieben. Das Verfahren umfasst das Aufheizen des Reaktionsraums, die Positionierung des Substrats und des Vorratsmaterials, die Einleitung eines halogenhaltigen Gasgemischs zum Transport des Halbleitermaterials, die Abscheidung des Materials, das Beenden der Abscheidung, und das Abkühlen des beschichteten Substrats. Mittels epitaktischer Beschichtung wird Silizium auf Silizium aufgebracht. Die Vorrichtung umfasst eine Positionierungseinrichtung, Heizungen sowohl für Substrathalter als auch für das Vorratsmaterial und ein Gasmischsystem. Die in der erwähnten Veröffentlichung beschriebenen Vorrichtungen, die Jod als Halogen benutzen, enthalten auch eine beheizbare Halogenquelle. Das Verfahren beschreibt einen Epitaxieprozess, bei dem das Quellenmaterial und das Substratmaterial aus dem gleichem Halbleitermaterial bestehen. Der Aufbau der Vorrichtungen wird in US 5 769 942 ganz allgemein beschrieben, ohne dass konkrete Beschreibungen zur Realisierung solcher Vorrichtungen angegeben werden. Auch in den gezeigten Anordnungen beträgt das Reaktorvolumen ein Vielfaches des Reaktionsvolumens, sodass das Transportgas nur sehr ineffizient ausgenutzt wird, was in besonderem Maße für einen großindustriellen Prozeß von Nachteil ist. Auch bei diesem erwähnten Stand der Technik ist keine Kühlvorrichtung vorgesehen, was die Möglichkeiten zur Temperaturregelung wiederum einschränkt. Ebenso sind keine Maßnahmen vorgesehen, die eine Abscheidung des Quellenmaterials an den kalten Wänden des Reaktionsraumes verhindern. Durch Rückdiffusion der Halogen- Vorratsverbindungen kann es auch zu Abscheidungen in der Gaszuleitung in den Reaktor kommen, was eine Verstopfung der Leitung zur Folge hat. Durch das direkte Anströmen des Vorrats mit dem Trägergas ist die Verwendung von Vorratsmaterial in Pulverform nicht möglich, und der Abtrag des Vorratsmaterials ist inhomogen. Ebenso ist eine Kontrolle der ablaufenden chemischen Reaktionen nur begrenzt möglich und eine gewünschte kongruente Verflüchtigung des Vorratsmaterials nicht gewährleistet. In US 5 769 942 a method and described several devices for the deposition of semiconductor material. The method involves heating the reaction space Positioning of the substrate and the stock material, the initiation of a halogen-containing gas mixture for transporting the semiconductor material, the Deposition of the material, the termination of the deposition, and that Cooling the coated substrate. With epitaxial coating silicon is applied to silicon. The device comprises one Positioning device, heaters for both substrate holder and for the stock material and a gas mixing system. The one mentioned in the Devices described using iodine as halogen, also contain a heatable halogen source. The procedure describes an epitaxial process in which the source material and the substrate material consist of the same semiconductor material. The structure of the devices is described in general terms in US Pat. No. 5,769,942, without concrete Descriptions for realizing such devices are given. The reactor volume is also in the arrangements shown Multiple of the reaction volume, so that the transport gas only very is used inefficiently, which is particularly important for you large-scale industrial process is disadvantageous. Even at this stand the technology, no cooling device is provided, which the possibilities for Temperature control in turn restricted. Likewise, there are no measures provided that the source material is deposited on the cold Prevent walls of the reaction space. By back diffusing the halogen Supply connections can also lead to deposits in the gas supply line come to the reactor, which leads to a blockage of the line. By the direct flow of the supply with the carrier gas is the use of powdered stock material not possible, and the removal of the Stock material is inhomogeneous. There is also a control of the expiring chemical reactions only possible to a limited extent and a desired one congruent volatilization of the supply material is not guaranteed.

In Kenntnis des dargelegten Standes der Technik ist es daher die Aufgabe der Erfindung, ein einfach handhabbares und großtechnisch einsetzbares Verfahren anzugeben, mit dem Materialien mittels CSVT (eines Close-Spaced Vapour Transport's - chemischen Gasphasentransports) aus einem festen oder flüssigen Vorrat über die Reaktion mit einem halogenhaltigen Reaktionsgas in gasförmige Zwischenprodukte überführt und anschließend über die Rückreaktion auf einem Substrat beliebiger Form und Größe abgeschieden werden, das hohe Wachstumsraten bei minimalem Verbrauch und kongruenter Verflüchtigung des Vorratsmaterials und - im Vergleich zum Stand der Technik - bei verringerter Menge des halogenhaltigen Transportmittels ermöglicht, sowie eine einfache, robuste und hochskalierbare Anordnung zur Durchführung des Verfahrens. Die Prozessführung muss dabei zur Gewährleistung hoher Reproduzierbarkeit präzise steuerbar sein. Knowing the state of the art, it is therefore the task the invention, an easy to use and industrial use Specify the process by which materials are placed using CSVT (a close-spaced Vapor Transport's - chemical gas phase transport) from a solid or liquid stock through the reaction with a halogen-containing Reaction gas converted into gaseous intermediates and then about the back reaction on a substrate of any shape and size be deposited, the high growth rates with minimal consumption and congruent volatilization of the stock material and - compared to the State of the art - with a reduced amount of halogen Means of transport enables, as well as a simple, robust and highly scalable Order to carry out the method. The litigation must to be precisely controllable to ensure high reproducibility.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass vor dem Aufheizen des Reaktionsraumes zunächst Substrat und Vorratsmaterial stapelförmig in geringem Abstand zueinander fest positioniert werden, Inertgas und Reaktionsgas direkt in das Reaktionsvolumen zwischen Vorratsmaterial und Substrat mit erhöhter Geschwindigkeit geleitet und vor Erreichen des Vorratsmaterials diese Gasströme zur Verringerung der Gasflussgeschwindigkeit aufgeweitet werden, die Abscheidung durch Umschalten auf Inertgas und/oder Einstellung eines umgekehrten Temperaturgradienten mit TSubstrat > TVorr. beendet wird und abschließend Substrat und Vorratsmaterial abgekühlt werden, wobei der Temperaturgradient zwischen Substrat und Vorrat präzise reguliert wird. The object is achieved according to the invention by a method of the type mentioned at the outset in that, before the reaction space is heated up, the substrate and the supply material are first positioned in a stack at a short distance from one another, inert gas and reaction gas are passed directly into the reaction volume between the supply material and the substrate at an increased speed and before When the supply material is reached, these gas flows are expanded to reduce the gas flow rate, the deposition is ended by switching to inert gas and / or setting a reversed temperature gradient with T substrate > T supply , and finally the substrate and supply material are cooled, the temperature gradient between substrate and supply being precise is regulated.

Als Reaktionsgas wird auch in der erfindungsgemäßen Lösung ein Gemisch aus Trägergas und halogenhaltigem Gas verstanden. A mixture is also used as the reaction gas in the solution according to the invention understood from carrier gas and halogen-containing gas.

Als aufzutragende Vorratsmaterialien werden Chalkopyrite, II-VI- oder III-V- Verbindungen, Übergangschalkogenide (z. B. WS2) oder Silizium oder Germanium in festem Zustand, als Pulver, gepresstes Pulver oder polykristalline Blöcke, oder in flüssigem Zustand verwendet. Chalcopyrites, II-VI or III-V compounds, transition chalcogenides (e.g. WS 2 ) or silicon or germanium in the solid state, as powder, pressed powder or polycrystalline blocks, or in the liquid state are used as stock materials to be applied.

Als Substrat werden Glas, Quarz, Keramik oder Silizium oder andere Halbleitermaterialien (z. B. GaAs), beschichtet oder unbeschichtet, eingesetzt. Glass, quartz, ceramic or silicon or others are used as substrates Semiconductor materials (e.g. GaAs), coated or uncoated, are used.

Der geringe feste Abstand von Substrat und Vorratsmaterial wird zwischen 0,1 mm und 100 mm eingestellt. The small fixed distance between substrate and stock material is between 0.1 mm and 100 mm set.

Als Inertgase werden Stickstoff (N2) oder Edelgase (z. B. Ar, He) eingesetzt. Nitrogen (N 2 ) or noble gases (e.g. Ar, He) are used as inert gases.

Der mögliche Temperaturbereich für die Abscheidung von Halbleitermaterial liegt zwischen Raumtemperatur und 1200°C bei Druckwerten im Bereich zwischen 5 mbar bis zu geringen atmosphärischen Überdrücken. The possible temperature range for the deposition of semiconductor material is between room temperature and 1200 ° C with pressure values in the range between 5 mbar and low atmospheric pressures.

Als Reaktionsgas wird eine Mischung aus Wasserstoff, Stickstoff oder Formiergas (N2 + H2 bzw. Ar + H2 jeweils mit Ar) mit den Halogenen Chlor oder Brom oder Iod bzw. deren gasförmigen Verbindungen, insbesondere deren Wasserstoffverbindungen, verwendet. A mixture of hydrogen, nitrogen or forming gas (N 2 + H 2 or Ar + H 2 each with Ar) with the halogens chlorine or bromine or iodine or their gaseous compounds, in particular their hydrogen compounds, is used as the reaction gas.

Zur Herstellung von Heterostrukturen werden mehrere unterschiedliche Halbleitermaterialien übereinander zeitlich nacheinander abgeschieden. Hierbei ist jedoch durch geeignete Wahl der Prozessparameter (z. B. Temperatur, Druck) eine Reaktion zwischen den einzelnen Halbleiterschichten zu unterbinden. Several different ones are used to manufacture heterostructures Semiconductor materials are sequentially deposited one after the other. Here, however, a suitable choice of process parameters (e.g. Temperature, pressure) a reaction between the individual To prevent semiconductor layers.

Zur Abscheidung von Verbindungshalbleitern auf dem Substrat werden als Vorratsmaterial Teilkomponenten des abzuscheidenden Verbindungshalbleiters verwendet, die nacheinander abgeschieden und zu dem Verbindungshalbleiter umgesetzt werden, wobei alle Teilkomponenten in der Summe die Bestandteile des Verbindungshalbleiters enthalten. Die Umsetzung des aus Teilkomponenten auf dem Substrat abgeschiedenen Materials zum Verbindungshalbleiter kann dabei unter geeigneten Prozessbedingungen während oder in einem gezielten Temperschritt nach dessen Abscheidung umgesetzt werden. For the deposition of compound semiconductors on the substrate are used as Stock material sub-components of the to be separated Compound semiconductor used, which are deposited and successively the compound semiconductor are implemented, with all sub-components in the sum contain the components of the compound semiconductor. The Implementation of the deposited from subcomponents on the substrate Materials for the compound semiconductor can be suitable Process conditions during or in a targeted tempering step its deposition will be implemented.

Die Abscheidung von Teilkomponenten eines Verbindungshalbleiters kann so oft wiederholt werden, bis beispielsweise die gewünschte Dicke erreicht ist. The deposition of subcomponents of a compound semiconductor can be done in this way Repeated often until, for example, the desired thickness is reached.

Zum Beenden der Abscheidung der Halbleitermaterialien kann zusätzlich von Reaktionsgas auf Inertgas umgeschaltet werden. To end the deposition of the semiconductor materials can additionally from Reaction gas can be switched to inert gas.

Wie bereits erwähnt, werden in dem erfindungsgemäßen Verfahren Inert- bzw. Reaktionsgas direkt in das Reaktionsvolumen zwischen Vorrat und Substrat eingeleitet, zunächst mit erhöhter Geschwindigkeit und vor Erreichen des Vorratsmaterials mit reduzierter Gasflussgeschwindigkeit, wodurch ein homogener Abtrag des Vorratsmaterials gewährleistet wird und Verwirbelungen bei Verwendung pulverförmiger Quellen vermieden werden. As already mentioned, in the method according to the invention, inert or reaction gas directly into the reaction volume between the stock and Substrate initiated, first at increased speed and before reaching of the stock material with a reduced gas flow rate, resulting in a homogeneous removal of the stock material is guaranteed and Turbulence when using powdery sources can be avoided.

Zur Verbesserung der Homogenität der Beschichtung des Substrats ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass Substrat oder Vorratsmaterial rotiert werden. To improve the homogeneity of the coating of the substrate is in In one embodiment, the substrate or supply material rotates become.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht den Einsatz auch unterschiedlicher Materialien für Substrat und Vorrat, ist damit nicht auf Epitaxieprozesse beschränkt und arbeitet auch bei niedrigeren Temperaturen im Vergleich zu Epitaxieprozessen. Zudem ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf Wafer beschränkt, sondern bei Substraten beliebiger Größe und Form anwendbar. Damit sind die Voraussetzungen für die Verwendung von billigen Substratmaterialien, wie beispielsweise Glas, für die großflächige industrielle Massenproduktion, gegeben. The method according to the invention also enables use different materials for substrate and stock, is not up Epitaxial processes are restricted and work even at lower temperatures compared to epitaxial processes. In addition, the invention The method is not limited to wafers, but with substrates as desired Size and shape applicable. This is the prerequisite for Use of inexpensive substrate materials, such as glass, for the large-scale industrial mass production.

Die Anordnung zur Durchführung des Verfahrens, die einen von außen beheizbaren Reaktor mit darin befindlichem Substrat und Vorratsmaterial, eine außerhalb des Reaktors angeordnete Halogenquelle, ein regulierbares Gasmischsystem für den wahlweisen Durchfluss von Inertgas oder Reaktionsgas und jeweils separate Temperaturregelungen für das Vorratsmaterial und das Substrat aufweist, weist erfindungsgemäß Mittel zur fixierten stapelförmigen Positionierung von Substrat und Vorratsmaterial in geringem Abstand zueinander auf, der Gaseinlass zum Reaktionsvolumen weist eine im Vergleich zur zuführenden Gasleitung verengte Öffnung in das Reaktionsvolumen auf, in Richtung des Gasflusses sind vor dem Vorratsmaterial Mittel zur Aufweitung des Gasstromes vorgesehen und die separaten Temperaturregelungen für das Vorratsmaterial und das Substrat weisen sowohl Mittel zum Heizen als auch Mittel zum Kühlen auf. The arrangement for performing the method, one from the outside heatable reactor with substrate and stock material therein, a halogen source located outside the reactor, a controllable one Gas mixing system for the optional flow of inert gas or Reaction gas and separate temperature controls for that Inventory material and the substrate has, according to the invention means for fixed stacked positioning of substrate and stock material in close to each other, the gas inlet to the reaction volume has a narrowed opening in comparison to the supplying gas line in the Reaction volume on, in the direction of the gas flow are before Storage material means for expanding the gas flow and the separate temperature controls for the stock material and the substrate have both heating and cooling means.

Das quasi-geschlossene Reaktionsvolumen wird in der erfindungsgemäßen Lösung von dem Volumen zwischen Substrat und Vorratsmaterial gebildet, die übereinander "gestapelt", angeordnet sind. Als Reaktionsgas wird auch im Folgenden ein Gemisch aus Trägergas und halogenhaltigem Gas verstanden. The quasi-closed reaction volume is in the invention Solution formed by the volume between the substrate and the stock material, which are "stacked" one above the other. The reaction gas is also in The following is a mixture of carrier gas and halogen-containing gas.

Der Druck im Reaktor ist über eine Vakuumpumpe mit Schmetterlingsventil kontinuierlich regelbar. Die aus dem Reaktor ausgeleiteten Gase werden einer nachgeschalteten Gasreinigung zugeführt. The pressure in the reactor is via a vacuum pump with butterfly valve continuously adjustable. The gases discharged from the reactor are a downstream gas cleaning supplied.

Für den wahlweisen Durchfluss von Inertgas bzw. halogenhaltigem Reaktionsgas durch den Reaktor ist ein Gasmischsystem außerhalb des Reaktors vorgesehen. Die Einstellung der benötigten Gasmengen erfolgt im Gasmischsystem über Massenflussregler. Die verschiedenen Gase können mit pneumatischen Ventilen geschaltet werden. For the optional flow of inert gas or halogen-containing Reaction gas through the reactor is a gas mixing system outside of the Reactor provided. The required gas quantities are set in Gas mixing system via mass flow controller. The different gases can can be switched with pneumatic valves.

Zur Vermeidung von Rückdiffusion und somit von Abscheidungen in der Gaszuführung erfolgt der Gaseinlass - wie bereits erwähnt - durch eine verengte Öffnung zum quasigeschlossenen Reaktionsvolumen zwischen Vorrat und Substrat, wodurch die Gasflussgeschwindigkeit erhöht wird. Vor Erreichen des Vorrats wird der Gasstrom aufgeweitet und über eine Stufe geleitet, was eine Verringerung der Gasflussgeschwindigkeit sowie eine Verwirbelung des Gasstromes zur Folge hat. Um auch hier parasitäre Abscheidungen von Halbleitermaterial zu verhindern, steht die Stufe in direktem thermischen Kontakt mit dem Behälter für das Vorratsmaterial. To avoid back diffusion and thus deposits in the As already mentioned, gas is supplied through a gas supply narrowed opening to the quasi-closed reaction volume between Supply and substrate, which increases the gas flow rate. In front When the supply is reached, the gas flow is expanded and over a stage passed, which is a decrease in gas flow rate as well as a Swirling of the gas flow. To be parasitic here too Preventing deposition of semiconductor material is the stage in direct thermal contact with the storage material container.

Die Temperaturregelung erfolgt über zwei separat steuerbare IR- Lampensysteme für das Vorratsmaterial sowie das Substrat und zwei ebenfalls separat steuerbare Konvektionskühlungen für den Vorrat und das Substrat, die durch einen äußeren Gasstrom umgesetzt werden. The temperature is controlled via two separately controllable IR Lamp systems for the stock material and the substrate and two also separately controllable convection cooling for the supply and that Substrate, which are implemented by an external gas flow.

Die Erfindung gibt eine Lösung zum effizienten, schnellen und großflächigen Abscheiden von Halbleitermaterial aus einem Vorratsmaterial an, welcher über die Reaktion mit einem halogenhaltigen Reaktionsgas in gasförmige Zwischenprodukte überführt wird. Bei geringem Materialverbrauch werden hohe Wachstumsraten realisiert. Die Anordnung kann einfach, robust und hochskalierbar ausgeführt werden. The invention provides a solution for efficient, fast and large-scale Deposition of semiconductor material from a stock material, which about the reaction with a halogen-containing reaction gas in gaseous Intermediates is transferred. With low material consumption high growth rates realized. The arrangement can be simple, robust and can be scaled up.

Im Vergleich zum Stand der Technik ist in der erfindungsgemäßen Lösung kein mechanisches Verschieben im Reaktionsraum mehr notwendig, um einen stabilen Temperaturgradienten zu realisieren, denn mittels zweier separater Kühlungen und zweier separater IR-Heizungen erfolgt eine präzise Regelung des Temperaturgradienten. Mit Hilfe dieser Temperaturregelungen und der Einstellung eines definierten Gasflusses im Reaktionsvolumen stellt sich ein homogener natürlicher Gasfluss vom Vorratsmaterial zum Substrat ein, wodurch eine großflächige Homogenität der abgeschiedenen Materialien erreicht wird. In comparison to the prior art is in the solution according to the invention no mechanical shifting in the reaction space is necessary anymore to realize a stable temperature gradient, because by means of two separate cooling and two separate IR heaters are precise Regulation of the temperature gradient. With the help of these temperature controls and the setting of a defined gas flow in the reaction volume there is a homogeneous natural gas flow from the stock material to the substrate a, which ensures a large-scale homogeneity of the deposited materials is achieved.

Die Regulierung der Gasflussgeschwindigkeit, zunächst ein Erhöhen derselben durch eine verengte Öffnung, wodurch eine Rückdiffusion von Vorratsmaterial-Molekülen am Gaseinlass zum Reaktionsvolumen verhindert wird, und anschließend eine Verringerung der Gasgeschwindigkeit zwischen Gaseinlass und Reaktionsvolumen durch eine Aufweitung des Gasstromes, lässt sich - wie beschrieben - mit einfachen Mitteln realisieren. The regulation of the gas flow rate, initially an increase the same through a narrowed opening, whereby a back diffusion of Prevented stock material molecules at the gas inlet to the reaction volume and then a decrease in gas velocity between Gas inlet and reaction volume by expanding the gas flow, can - as described - be realized with simple means.

Aufgrund der stapelförmigen Anordnung von Vorratsmaterial und Substrat, die in einer Ausführungsform von thermisch isolierenden Abstandshaltern in geringem Abstand fest zueinander positioniert sind, wird ein minimales quasigeschlossenes Volumen (Reaktionsvolumen) im offenen System (Reaktor) erzeugt. Ein zusätzliches Ventil am Reaktoreingang ermöglicht den Wechsel von einem offenen zu einem geschlossenen System. In dem minimalen quasigeschlossenen Reaktionsvolumen wird auch nur eine geringe Menge des halogenhaltigen Reaktionsgases, das direkt in dieses Reaktionsvolumen eingelassen wird, benötigt. Due to the stacked arrangement of stock material and substrate, the in one embodiment of thermally insulating spacers in short distance are firmly positioned, a minimum quasi-closed volume (reaction volume) in the open system (reactor) generated. An additional valve at the reactor inlet enables the change from an open to a closed system. In the minimal quasi-closed reaction volume is also only a small amount of halogen-containing reaction gas directly into this reaction volume is needed.

Der Reaktorraum kann aus billigen und in beliebiger Form herstellbaren Graphit- und Quarzteilen gefertigt sein. Der Vorratsbehälter ist für die Aufnahme von festem oder flüssigem Vorratsmaterial ausgebildet und weist Mittel zum schnellen und reproduzierbaren Austausch der Vorratsmaterialien auf. Die festen oder flüssigen Ausgangsstoffe für das Vorratsmaterial können in ein beliebig vergrößerbares Graphitboot eingebracht werden. Die verwendeten Substrate sind nicht auf bestimmte Formen und Größen eingeschränkt. The reactor space can be cheap and can be manufactured in any form Graphite and quartz parts to be made. The storage container is for the Recording of solid or liquid stock material is formed and has Means for the quick and reproducible exchange of stock materials on. The solid or liquid starting materials for the stock material can into a graphite boat that can be enlarged as required. The Substrates used are not limited to specific shapes and sizes limited.

Als Mittel zum Heizen des Substrats und des Vorratsmaterials ist eine Lampenheizung eingesetzt. Das Mittel zum Kühlen ist als Konvektionskühlung mittels gasförmiger oder flüssiger Medien ausgebildet. As a means for heating the substrate and the stock material is one Lamp heater used. The means of cooling is as convection cooling formed by means of gaseous or liquid media.

In einer Ausführungsform der Erfindung sind Mittel zur Rotation des Substrates oder des Vorratsmaterials vorgesehen, um eine bessere Homogenität der Beschichtung des Substrats zu gewährleisten. In one embodiment of the invention, means for rotating the Substrate or the stock material provided for a better To ensure homogeneity of the coating of the substrate.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht eine schnelle Abscheidung und eine kongruente Verflüchtigung des Vorratsmaterials, da Verbindungshalbleiter in sequentiellen Schritten aus Teilkomponenten abgeschieden werden können, weil hierbei eine bessere Kontrolle der chemischen Reaktionen möglich ist. The solution according to the invention enables rapid separation and a congruent volatilization of the stock material because Compound semiconductors in sequential steps from sub-components can be separated because this gives better control of the chemical reactions is possible.

Die Erfindung wird im folgenden Ausführungsbeispiel anhand von Zeichnungen näher erläutert. The invention is illustrated in the following embodiment with reference to Drawings explained in more detail.

Dabei zeigen Show

Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung im Querschnitt, Fig. 1 shows schematically an arrangement according to the invention in cross-section,

Fig. 2 schematisch den Gasfluss am Einlass der Anordnung und seine Aufweitung in der Anordnung. Fig. 2 shows schematically the gas flow at the inlet of the arrangement and its expansion in the arrangement.

Die erfindungsgemäße Lösung wird am Beispiel der Beschichtung eines Glassubstrats mit einem polykristallinen CuGaSe2-Film erläutert. The solution according to the invention is explained using the example of coating a glass substrate with a polycrystalline CuGaSe 2 film.

Die Abscheidung der ternären Verbindung CuGaSe2 gliedert sich in zwei Schritte. Im ersten Schritt wird zunächst die Teilkomponente CuxSey abgeschieden. Als Vorratsmaterial 1 wird dabei pulverförmiges CuxSey eingesetzt. In einem zweiten Schritt wird pulverfömiges GaxSey als weitere Teilkomponente des Verbindungshalbleiters CuGaSe2 als Vorratsmaterial 1 eingesetzt. Hierfür ist einfach ein Graphit-Vorratsbehälter 7 auszutauschen. Die Teilkomponente CuxSey, die im ersten Schritt auf das Substrat 1 abgeschieden wird, setzt sich während bzw. im Anschluss an den zweiten Schritt, bei dem GaxSey als Vorratsmaterial 1 eingesetzt wird, zu CuGaSe2 um. Die prinzipielle Vorgehensweise der Abscheidung der Teilkomponenten wird im Folgenden erläutert. The deposition of the ternary compound CuGaSe 2 is divided into two steps. In the first step, the subcomponent Cu x Se y is first deposited. Powdery Cu x Se y is used as stock material 1 . In a second step, powdery Ga x Se y is used as a further component of the compound semiconductor CuGaSe 2 as a stock material 1 . For this purpose, a graphite storage container 7 can be replaced . The partial component Cu x Se y , which is deposited on the substrate 1 in the first step, converts to CuGaSe 2 during or after the second step, in which Ga x Se y is used as stock material 1 . The basic procedure for separating the sub-components is explained below.

Vorratsmaterial 1 und Substrat 2 werden in den Reaktor R eingebracht und in geringem Abstand (beispielsweise 5 mm) zueinander fest mittels Abstandshaltern 13, 14 aus Quarz positioniert. Die schlechte Wärmeleitfähigkeit des Quarz sorgt für die notwendige thermische Entkopplung von Vorratsmaterial 1 und Substrat 2. Nun werden Vorratsmaterial 1 und Substrat 2 zur Durchführung des ersten Schrittes zunächst auf die gewünschte Temperatur von TVorr. = 550°C und TSubstrat = 500°C bei einem Reaktordruck von 100 mbar geregelt. Der Aufheizvorgang erfolgt unter einem Inertgasstrom (N2), der über ein (nicht gezeigtes) Gasmischsystem über den Gaseinlass 4 in das Reaktionsvolumen 3, das durch die beiden Abstandshalter 13, 14, Halbleitervorrtasmaterial 1 und Substrat 3 gebildet ist, geleitet wird. Zwischen dem Gaseinlass 4, der eine verengte Öffnung aufweist, und dem Reaktionsvolumen 3 im Reaktor R wird der Gasstrom durch ein spaltenförmiges Volumen zwischen einem Halter 6 aus Quarz für den Vorratsbehälter 7 aus Graphit geführt, wodurch ein Aufweiten des Gasstromes und damit eine Verringerung der Gasflussgeschwindigkeit bewirkt wird. Die Führung des Gasstromes ist schematisch in Fig. 2 dargestellt. Storage material 1 and substrate 2 are introduced into the reactor R and firmly positioned at a small distance (for example 5 mm) from one another by means of spacers 13 , 14 made of quartz. The poor thermal conductivity of the quartz ensures the necessary thermal decoupling of supply material 1 and substrate 2 . Now supply material 1 and substrate 2 are initially regulated to the desired temperature of T supply = 550 ° C. and T substrate = 500 ° C. at a reactor pressure of 100 mbar in order to carry out the first step. The heating process takes place under an inert gas stream (N 2 ), which is passed via a gas mixing system (not shown) via the gas inlet 4 into the reaction volume 3 , which is formed by the two spacers 13 , 14 , semiconductor material 1 and substrate 3 . Between the gas inlet 4 , which has a narrowed opening, and the reaction volume 3 in the reactor R, the gas stream is passed through a columnar volume between a holder 6 made of quartz for the graphite storage container 7 , thereby expanding the gas stream and thus reducing the gas flow rate is effected. The guidance of the gas flow is shown schematically in FIG. 2.

Zur zwischenzeitlichen Erzeugung eines geschlossenen Volumens besteht die Möglichkeit, die Gaszufuhr direkt am Eingang des Reaktors R durch ein dort positioniertes pneumatisches Ventil 5 zu unterbrechen. To generate a closed volume in the meantime, there is the possibility of interrupting the gas supply directly at the inlet of the reactor R by means of a pneumatic valve 5 positioned there.

Für das Aufheizen von pulverförmigem CuxSey als Vorratsmaterial 1, welches in ein Graphitvorratsbehälter 7 eingebracht ist, werden IR-Lampen 9, die außerhalb des Reaktors R beispielsweise ringförmig angeordnet sind, verwendet. Um die gewünschte Temperaturdifferenz zum Substrat zu regulieren, wird ein zweites IR-Lampensystem 10 eingesetzt, das über einen Graphitblock 8 mit dem Substrat 2 im thermischen Kontakt steht. Weiterhin stehen für die Temperaturregelung zwei kontinuierlich regelbare Kühlgasströme 11, 12 zur Verfügung, die separat im Bereich des Substrates 2 und/oder im Bereich des Vorratsbehälters 1 abstrahlende Wärme abführen können. Dadurch können selbst bei geringstem Abstand zwischen Substrat 2 und Vorratsmaterial 1 stabile und weitaus größere Temperaturgradienten eingestellt werden, als bei einer Vorrichtung ohne Kühloption. Dies ist besonders für das Erreichen hoher Wachstumsraten wesentlich, da diese stark von Abstand und Temperaturgradient beeinflusst werden. For the heating of powdery Cu x Se y as storage material 1 , which is introduced into a graphite storage container 7 , IR lamps 9 , which are arranged outside the reactor R, for example in a ring, are used. In order to regulate the desired temperature difference to the substrate, a second IR lamp system 10 is used, which is in thermal contact with the substrate 2 via a graphite block 8 . Furthermore, two continuously controllable cooling gas flows 11 , 12 are available for the temperature control, which can dissipate radiant heat separately in the area of the substrate 2 and / or in the area of the storage container 1 . As a result, stable and far larger temperature gradients can be set even with the smallest distance between substrate 2 and stock material 1 than in the case of a device without a cooling option. This is particularly important for achieving high growth rates, as these are strongly influenced by distance and temperature gradient.

Der Druck im Quarzreaktor R kann kontinuierlich über eine (nicht gezeigte) Vakuumpumpe und eine Druckregelung, bestehend aus Steuereinheit, Druckaufnehmer und Schmetterlingsventil, geregelt werden. Die aus dem Gasauslass 15 geleiteten Reaktionsgase werden einer (nicht gezeigten) Gasreinigung zugeführt. The pressure in the quartz reactor R can be regulated continuously by means of a vacuum pump (not shown) and a pressure regulator consisting of a control unit, pressure sensor and butterfly valve. The reaction gases led out of the gas outlet 15 are fed to a gas cleaning device (not shown).

Nach dem Erreichen einer stabilen Temperaturdifferenz zwischen Vorratsmaterial 1 und Substrat 2 wird das Vorratsmaterial durch Ersetzen des Inertgasstromes mit einem Gasstrom aus halogenhaltigem Reaktionsgas in gasförmige Verbindungen überführt, indem das Vorratsmaterial bei TVorrat mit dem halogenhaltigem Reaktionsgas reagiert. After reaching a stable temperature difference between stock material 1 and substrate 2 , the stock material is converted into gaseous compounds by replacing the inert gas stream with a gas stream of halogen-containing reaction gas by reacting the stock material at T supply with the halogen-containing reaction gas.

Die Rückreaktion der gasförmigen Zwischenprodukte zu festen Teilkomponenten des zu wachsenden Halbleiters findet auf dem Substrat bei einer Temperatur TSubstrat statt, die geringer als TVorrat ist. The back reaction of the gaseous intermediate products to solid subcomponents of the semiconductor to be grown takes place on the substrate at a temperature T substrate which is less than T supply .

Zum abrupten Beenden der Abscheidung wird der Gasstrom aus halogenhaltigem Transportgas auf Inertgasstrom zurückgeschaltet und gegebenenfalls der Temperaturgradient umgekehrt. The gas flow is switched off to abruptly end the deposition halogenated transport gas switched back to inert gas flow and if necessary, the temperature gradient reversed.

Das Abkühlen von Vorratsmaterial 1 und Substrat 2 erfolgt unter Inertgasstrom, wobei die Temperaturdifferenz zwischen Substrat 2 und Vorratsmaterial 1 über die IR-Lampensysteme 9, 10 und die Kühlgasströme 11, 12 präzise reguliert werden kann. The cooling of stock material 1 and substrate 2 takes place under an inert gas stream, the temperature difference between substrate 2 and stock material 1 being able to be precisely regulated via the IR lamp systems 9 , 10 and the cooling gas streams 11 , 12 .

Claims (20)

1. Verfahren zum Abscheiden von Material aus einem Vorrat, welcher über die Reaktion mit einem halogenhaltigen Reaktionsgas in gasförmige Zwischenprodukte überführt und auf einem Substrat im Reaktionsraum abgeschieden wird, wobei der Reaktionsraum mit in diesem angeordneten Vorratsmaterial und Substrat unter einem Inertgasstrom aufgeheizt und ein Temperaturgradient zwischen Vorratsmaterial und Substrat derart eingestellt wird, dass TSubstrat < TVorr. ist, der Inertgasstrom durch einen Gasstrom aus Trägergas und halogenhaltigem Gas oder halogenhaltigem Gasgemisch zur Überführung des Vorratsmaterials in gasförmige Verbindungen und Transport derselben zum Substrat ersetzt wird und die Abscheidung beendet sowie das beschichtete Substrat abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
vor dem Aufheizen des Reaktionsraumes zunächst Substrat und Vorratsmaterial stapelförmig in geringem Abstand zueinander fest positioniert werden,
Inertgas und Reaktionsgas direkt in das Reaktionsvolumen zwischen Vorratsmaterial und Substrat mit erhöhter Geschwindigkeit geleitet und vor Erreichen des Vorratsmaterials diese Gasströme zur Verringerung der Gasflussgeschwindigkeit aufgeweitet werden,
die Abscheidung durch Umschalten auf Inertgas und/oder Einstellung eines umgekehrten Temperaturgradienten mit TSubstrat > TVorr. beendet wird und
abschließend Substrat und Vorratsmaterial abgekühlt werden, wobei der Temperaturgradient zwischen Substrat und Vorratsmaterial präzise reguliert wird.
1. A method for separating material from a supply, which is converted into gaseous intermediate products via the reaction with a halogen-containing reaction gas and is deposited on a substrate in the reaction space, the reaction space with the stock material and substrate arranged therein being heated under an inert gas stream and a temperature gradient between The stock material and substrate is set such that T substrate <T stock , the inert gas stream is replaced by a gas stream of carrier gas and halogen-containing gas or halogen-containing gas mixture for converting the stock material into gaseous compounds and transporting them to the substrate, and the deposition is ended and the coating is finished Substrate is cooled, characterized in that
Before the reaction space is heated up, the substrate and the stock material are first firmly positioned in a stack at a short distance from one another,
Inert gas and reaction gas are passed directly into the reaction volume between the stock material and substrate at an increased rate and these gas streams are expanded to reduce the gas flow rate before the stock material is reached,
the deposition is ended by switching to inert gas and / or setting a reverse temperature gradient with T substrate > T device and
finally, the substrate and the stock material are cooled, the temperature gradient between the substrate and the stock material being precisely regulated.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als abzuscheidende Vorratsmaterialien Chalkopyrite, II-VI- oder III-V- Verbindungen, Übergangschalkogenide oder Silizium oder Germanium verwendet werden. 2. The method according to claim 1, characterized in that Chalcopyrites, II-VI- or III-V- as deposit materials to be deposited Compounds, transition chalcogenides or silicon or germanium be used. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorratsmaterialen in festem oder flüssigem Zustand verwendet werden. 3. The method according to claim 2, characterized in that the stock materials are used in solid or liquid state. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorratsmaterialien in festem Zustand als Pulver, gepresste Pulver oder polykristalline Blöcke verwendet werden. 4. The method according to claim 3, characterized in that the stock materials in the solid state as powder, pressed powder or polycrystalline blocks can be used. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Substrat Glas, Quarz, Keramik oder Silizium oder andere Halbleitermaterialien, beschichtet oder unbeschichtet, eingesetzt werden. 5. The method according to claim 1, characterized in that as substrate glass, quartz, ceramic or silicon or others Semiconductor materials, coated or uncoated, are used. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der geringe feste Abstand von Substrat und Vorratsmaterial zwischen 0,1 mm und 100 mm eingestellt wird. 6. The method according to claim 1, characterized in that the small fixed distance between substrate and stock material between 0.1 mm and 100 mm is set. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Reaktionsgas eine Mischung aus Wasserstoff, Stickstoff oder Formiergas (N2 + H2 bzw. Ar + H2 jeweils mit Ar) mit den Halogenen Chlor oder Brom oder Iod bzw. deren gasförmige Verbindungen, insbesondere deren Wasserstoffverbindungen, verwendet wird. 7. The method according to claim 1, characterized in that the reaction gas is a mixture of hydrogen, nitrogen or forming gas (N 2 + H 2 or Ar + H 2 each with Ar) with the halogens chlorine or bromine or iodine or their gaseous compounds , in particular their hydrogen compounds, is used. 8. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung von Heterostrukturen mehrere unterschiedliche Halbleitermaterialien übereinander zeitlich nacheinander abgeschieden werden. 8. The method according to claim 1 and 2, characterized in that for the production of heterostructures several different ones Semiconductor materials are sequentially deposited one after the other become. 9. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abscheidung von Verbindungshalbleitern auf dem Substrat als Vorratsmaterial Teilkomponenten des abzuscheidenden Verbindungshalbleiters verwendet werden, die nacheinander abgeschieden und zu dem Verbindungshalbleiter umgesetzt werden. 9. The method according to claim 1 and 2, characterized in that for the deposition of compound semiconductors on the substrate as Stock material sub-components of the to be separated Compound semiconductors are used, which are deposited one after the other and implemented to the compound semiconductor. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das aus Teilkomponenten auf dem Substrat abgeschiedene Material während dessen Abscheidung zu dem Verbindungshalbleiter umgesetzt wird. 10. The method according to claim 9, characterized in that the material deposited from subcomponents on the substrate during its deposition to the compound semiconductor is implemented. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das aus Teilkomponenten auf dem Substrat abgeschiedene Material nach dessen Abscheidung in einem Temperschritt zu dem Verbindungshalbleiter umgesetzt wird. 11. The method according to claim 10, characterized in that the material deposited from subcomponents on the substrate its deposition in a tempering step to the compound semiconductor is implemented. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidung von Teilkomponenten eines Verbindungshalbleiters wiederholt wird. 12. The method according to any one of claims 9 to 11, characterized in that the deposition of subcomponents of a compound semiconductor is repeated. 13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Beenden der Abscheidung zusätzlich von Reaktionsgas auf Inertgas umgeschaltet wird. 13. The method according to claim 1, characterized in that to end the separation additionally from reaction gas to inert gas is switched. 14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat oder das Vorratsmaterial während der Abscheidung rotiert werden. 14. The method according to claim 1, characterized in that the substrate or the stock material rotates during the deposition become. 15. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 14, die einen von außen beheizbaren Reaktor mit darin befindlichem Substrat und Vorratsmaterial, eine außerhalb des Reaktors angeordnete Halogenquelle, ein regulierbares Gasmischsystem für den wahlweisen Einlass von Inertgas oder Reaktionsgas in den Reaktorraum und jeweils separate Temperaturregelungen für das Vorratsmaterial und das Substrat aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass
Mittel zur fixierten stapelförmigen Positionierung von Substrat (2) und Vorratsmaterial (1) in geringem Abstand zueinander vorgesehen sind,
der Reaktor (R) eine im Vergleich zur Gaszuleitung verengte Öffnung für den Gaseinlass (4) in den Reaktorraum aufweist,
in Gasflussrichtung vor dem Vorratsmaterial (1) Mittel zur Aufweitung des Gasstromes vorgesehen sind,
die separaten Temperaturregelungen für das Vorratsmaterial (1) und das Substrat (2) sowohl Mittel zum Heizen als auch Mittel zum Kühlen aufweisen.
15. Arrangement for performing the method according to claim 1 to 14, which has an externally heated reactor with a substrate and stock material therein, a halogen source arranged outside the reactor, a controllable gas mixing system for the optional inlet of inert gas or reaction gas into the reactor space and each separate Has temperature controls for the stock material and the substrate, characterized in that
Means for the fixed stack-like positioning of substrate ( 2 ) and storage material ( 1 ) are provided at a short distance from one another,
the reactor (R) has an opening for the gas inlet ( 4 ) into the reactor space which is narrowed in comparison to the gas feed line,
means for expanding the gas flow are provided in the gas flow direction upstream of the stock material ( 1 ),
the separate temperature controls for the stock material ( 1 ) and the substrate ( 2 ) have both heating and cooling means.
16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter (7) zur Aufnahme von flüssigen und festen Vorratsmaterialien (1) ausgebildet ist. 16. The arrangement according to claim 15, characterized in that the storage container ( 7 ) is designed to hold liquid and solid storage materials ( 1 ). 17. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur fixierten stapelförmigen Positionierung von Substrat (2) und Vorratsmaterial (1) in geringem Abstand zueinander thermisch isolierende Abstandshalter (13, 14) sind. 17. The arrangement according to claim 15, characterized in that the means for the fixed stack-shaped positioning of the substrate ( 2 ) and the stock material ( 1 ) at a short distance from each other are thermally insulating spacers ( 13 , 14 ). 18. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorratsmaterial (1) im Reaktor (R) in einem Behälter (7) angeordnet ist, der Mittel zum schnellen und reproduzierbaren Austausch der Vorratsmaterialien aufweist. 18. The arrangement according to claim 15, characterized in that the stock material ( 1 ) is arranged in the reactor (R) in a container ( 7 ) which has means for the rapid and reproducible exchange of the stock materials. 19. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Heizen des Substrats (2) und des Vorratsmaterials (1) eine Lampenheizung (9, 10) oder eine Widerstandsheizung ist. 19. The arrangement according to claim 15, characterized in that the means for heating the substrate ( 2 ) and the stock material ( 1 ) is a lamp heater ( 9 , 10 ) or a resistance heater. 20. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Kühlen als Konvektionskühlung mittels gasförmiger oder flüssiger Medien ausgebildet ist. 20. Arrangement according to claim 15, characterized in that the means for cooling as convection cooling by means of gaseous or liquid media is formed.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111118475A (en) * 2020-01-15 2020-05-08 中国科学院半导体研究所 High-temperature device and method for growth and post-treatment of silicon carbide material
CN116180054A (en) * 2023-04-28 2023-05-30 福建福碳新材料科技有限公司 Reinforced graphite boat

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3636919A (en) * 1969-12-02 1972-01-25 Univ Ohio State Apparatus for growing films
US5769942A (en) * 1994-09-29 1998-06-23 Semiconductor Process Laboratory Co. Method for epitaxial growth
DE19855021C1 (en) * 1998-11-20 2000-05-25 Hahn Meitner Kernforsch Semiconductor material is deposited by chemical gas phase transport with horizontal and vertical close spacing of the substrate and source material during deposition

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3636919A (en) * 1969-12-02 1972-01-25 Univ Ohio State Apparatus for growing films
US5769942A (en) * 1994-09-29 1998-06-23 Semiconductor Process Laboratory Co. Method for epitaxial growth
DE19855021C1 (en) * 1998-11-20 2000-05-25 Hahn Meitner Kernforsch Semiconductor material is deposited by chemical gas phase transport with horizontal and vertical close spacing of the substrate and source material during deposition

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
J. Electrochem. Soc. 116 (6) 1969, 843-47 *
Thin Solid Films 226 (1993) 254-58 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111118475A (en) * 2020-01-15 2020-05-08 中国科学院半导体研究所 High-temperature device and method for growth and post-treatment of silicon carbide material
CN116180054A (en) * 2023-04-28 2023-05-30 福建福碳新材料科技有限公司 Reinforced graphite boat
CN116180054B (en) * 2023-04-28 2023-06-27 福建福碳新材料科技有限公司 Graphite boat

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