DE1294940B - Vorrichtung zum epitaktischen Aufwachsen von Halbleiterschichten auf Scheiben aus aehnlichem Halbleitermaterial - Google Patents

Description

1 2

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung tung eine im Innern der Welle sowie durch den zum epitaktischen Aufwachsen von Halbleiterschich- Träger hindurch verlaufende Leitung angeordnet ist, ten auf Scheiben aus ähnlichem Halbleitermaterial die einen gegen das obere Kammerende gerichteten in einer das Halbleiterschichtmaterial im Wege einer Auslaß aufweist.

thermischen Zersetzung liefernden Reaktionsgas- 5 Nach der Erfindung wird also das Reaktionsgas atmosphäre, mit einer mit den erforderlichen Gaszu- nicht in direkter Strömung auf den rotierenden und -ableitungen versehenen Reaktionskammer, einer Träger, sondern gegen die diesem gegenüberstehende innerhalb derselben verlaufenden, drehbar gelagerten Reaktionskammerwandung gerichtet, von wo aus das Welle, an der ein dem oberen Ende der Reaktions- Reaktionsgas in zufälligen Richtungen zum Träger hin kammer zuweisender Träger zur Halterung der Halb- io gelenkt wird. Es werden daher jegliche Reaktionsgasleiterscheiben befestigt ist, und einer Heizvorrich- Anreicherungsstellen innerhalb der Kammer im Betung zum Beheizen der Halbleiterscheiben. reich des Trägers und der hierauf angeordneten Die epitaktische Züchtung ist eine Methode, mit Halbleiterscheiben vermieden mit dem Ergebnis, daß deren Hilfe dünne Halbleiterschichten hoher Quali- ein sehr gleichförmiger epitaktischer Niederschlag tat mit gesteuerten Widerständen und Dicken auf 15 erhalten wird.

Halbleiterplättchen oder -scheiben zumeist niedrigen Besonders günstige Verhältnisse erhält man dann,

Widerstandes gezüchtet werden können. Diese wenn man den Reaktionsgas-Auslaß als Gasvertei-Schichten werden epitaktische Schichten genannt, da lungsbaffel ausbildet, die nach Art einer Brause die ihre Kristallgitterstruktur im wesentlichen eine Fort- Gasströmung vorher auffächert, setzung der Unterlage darstellen. Eine Schicht hohen 20 Wenn man des weiteren die Reaktionskammer in Widerstandes, die auf einer Scheibe niedrigen Wider- ein nach oben offenes Unterteil und eine vakuumstandes gezüchtet worden ist, bildet z. B. das Grund- dicht ansetzbare Glocke unterteilt und den Träger ausgangsmaterial bei der Transistorherstellung. Durch nebst Reaktionsgas-Auslaß innerhalb der Glocke nachfolgende Dotierstoffdiffusionsbehandlungen wer- anordnet, so erhält man den Vorteil einer besonders den dann innerhalb der aufgewachsenen Schicht der 25 leichten Handhabung des Ganzen, da dann die Kollektor- und der Emitterübergang erzeugt, wobei Glocke von jeglichen Zu- und Ableitungen frei ist. nur eine dünne Lage undotiert verbleibenden Mate- Die Glocke kann daher leicht abgenommen werden, rials der Schicht hohen Widerstandes übrig bleibt. um Zugang zum Träger zu erhalten. Der Hauptteil des Kollektorkörpers ist daher durch Sieht man schließlich als Heizvorrichtung für die

die Unterlage niedrigen Widerstandes gebildet. 30 Scheiben eine im Innern der Reaktionskammer

Aus ersichtlichen Gründen ist es erwünscht, daß liegende, unterhalb des Trägers angeordnete HF-auf allen im Einzelfall auf dem Träger angeordneten Spule vor, so erhält man gegenüber der bekannten Halbleiterscheiben epitaktische Niederschläge erhal- Vorrichtung, bei der die HF-Spule die Reaktionsten werden, die nicht nur über die Ausdehnung einer kammer von außen her umgibt, folgenden Vorteil: einzigen Scheibe, sondern auch auf allen Scheiben 35 Es wurde gefunden, daß im Falle von Siliciumtetrastreng gleichförmig sind, um sicherzustellen, daß die chlorid und Wasserstoff als Reaktionsgas eine Vorzu fertigenden Transistortypen möglichst enge ToIe- aufheizung desselben bewirkt, daß die Reaktionsranzen im elektrischen Verhalten zeigen. Dies setzt partner des Gases in einer Weise zu reagieren vor allem eine möglichst gleichförmige Verteilung beginnen, daß ein Niederschlag auf den Halbleiterdes das Halbleiterschichtmaterial, z. B. Silicium, im 40 scheiben leichter erhalten wird. Die genaue chemi-Wege einer thermischen Zersetzung liefernden Reak- sehe Reaktion zwischen Siliciumtetrachlorid und tionsgases, z. B. mit Siliciumtetrachlorid gesättigten Wasserstoff ist nicht bekannt, obgleich angenommen Wasserstoffs, innerhalb der Reaktionskammer vor- wird, daß hierbei eine Reihe chemischer Teilreaktioaus, so daß jede Halbleiterscheibe, z. B. Silicium- nen ablaufen, in deren Verlauf die Wasserstoffatome scheiben niedrigen Widerstandes, mit dem gleichen 45 die Chloratome des Siliciumtetrachlorids verdrängen. Angebot an sich aus der Reaktionsgasatmo- Durch die gewählte Heizanordnung erhält man daher Sphäre niederschlagenden Siliciumatomen beauf- zugleich die vorteilhafte Voraufheizung des Reakschlagt werden. tionsgases, wodurch dieses nicht nur im gewünschten

Bei einer bekannten Vorrichtung der eingangs Sinne aktiviert, sondern auch in seiner Strömungsgenannten Art wird hierzu der Träger in Rotation 50 geschwindigkeit erhöht wird. Letzteres führt ersichtversetzt, wodurch eine Durchwirbelung des Reak- lieh zu einer noch besseren Durchmischung und tionsgases und damit eine gleichförmigere Verteilung gleichförmigeren Verteilung des Reaktionsgases in desselben erreicht wird. Bei der bekannten Vor- der Kammer.

richtung erfolgt aber die Reaktionsgaszufuhr in die Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeich-

Kammer an einer direkt oberhalb der Träger-Dreh- 55 nung beschrieben. Es zeigen achse gelegenen Stelle. Die eintretende Reaktions- Fig. 1 einen vertikalen Längsschnitt durch eine

gasströmung trifft daher direkt auf den Trägermit- Ausführungsform der Erfindung und telpunkt auf. Folglich werden die achsnah gelegenen F i g. 2 und 3 Schnittansichten längs der Linie 2-2

Halbleiterscheiben auf dem Träger im Mittel einer bzw. 3-3 der Fig. 1.

höheren Reaktionsgaskonzentration ausgesetzt sein 60 Die dargestellte Vorrichtung weist eine untere als die achsferner gelegenen. Mit dieser Anordnung Kammer 10 auf, die ein offenes Ende 11 aufweist, erhält man daher keine epitaktisch aufgewachsene sowie mit einem Flansch 12 versehen ist, der zum Schichten in gleichförmiger Dicke, vielmehr nimmt bei 14 erfolgenden Befestigen der Kammer an eine diese mit zunehmendem Abstand von der Träger- Montageplatte 15 vorgesehen ist. Eine röhrenförmige drehachse ab. 65 keramische Trägerwelle 17 erstreckt sich vertikal

Diese unerwünschte Erscheinung ist für die Vor- durch die untere Kammer 10, und zwar von einer richtung der einleitend beschriebenen Art erfindungs- Einheit 18 aus, die im Boden 19 der Kammer begemäß dadurch beseitigt, daß als Reaktionsgaszulei- festigt, zur drehbaren Lagerung der Welle 17 vor-

gesehen und zur Schaffung einer gasdichten Verbindung mit einer Gasleitung 20 ausgelegt ist. Die Gasleitung 20 ist mit einer geeigneten Einrichtung, z. B. mit einem Ventil 21, versehen, so daß das der Kammer zugeführte Gas gesteuert werden kann. Die Welle 17 wird mit einer von einem Motor 23 und einer magnetischen Antriebseinheit 24 gesteuerten Geschwindigkeit angetrieben. Der Motor 23 und die Einheit 24 sind an der äußeren Wand der Kammer 10 befestigt und haben eine als Abtrieb dienende Welle 25, die in geeigneten abgedichteten Lagern 26 gelagert ist. Eine Schnecke 27 auf der Welle 25 kämmt mit einem Schneckenrad 28, das auf der Welle 17 sitzt, hierdurch wird eine drehschlüssige Verbindung zwischen den Antriebsmitteln und der Welle erreicht. Ein Lager 30, das auf der Welle 17 montiert ist, wird von einem Abstandsglied 31 gehalten, das im wesentlichen rechteckigen Umriß hat, sowie mit den Enden auf einer Schulter 32 eines ringförmigen Absatzes 33 aufliegt. Der Absatz 33 liegt benachbart dem offenen Ende 11 der unteren Kammer. Ein Ende des Abstandsgliedes 31 ist mit einer Aussparung versehen, so daß ein Zapfen 34 das Abstandsglied verdrehungssicher halten kann.

Die untere Kammer 10 ist mit einem Auslaß 36 versehen, der über eine Saugleitung zu einer Vakuumpumpe 37 führt. Ferner ist ein Teil der unteren Kammer mit einer Kühlpumpe 38 umgeben, in der ein Kühlmittel zirkuliert. Die Spule hat eine Einlaßoder Zufuhrleitung 39, die durch ein Ventil 40 gesteuert wird, und eine Abfluß- oder Auslaßleitung 41. Ein ringförmiger Molybdän-Träger 45, der auf seiner oberen Oberfläche zur Aufnahme von Halbleiterscheiben 47, z. B. Siliciumscheiben, bestimmte Vertiefungen 46 trägt, ist zentral durchbohrt, so daß er konzentrisch zu einem reduzierten Teil 48 der Welle 17 angeordnet werden kann und auf einer Schulter 49 ruht. Eine Hochfrequenzspule 50 liegt benachbart zur unteren Oberfläche des Trägers 45 und hat eine Zuleitung 51, die sich nach oben und über die Kammer 10 hinaus erstreckt, sowie eine Ableitung 52, die sich nach unten durch die Kammer erstreckt. Beide Leitungen sind durch den Boden 19 der unteren Kammer hindurchgeführt.

Eine poröse oder perforierte Verteilungsbaffel 55 ist am oberen Ende der Welle 17 montiert, d. h. am reduzierten Teil 48 derselben. Eine transparente domartige obere Kammer 56, die vorzugsweise aus Quarz hergestellt ist, und die dargestellte Form hat, ist an ihrem offenen unteren Ende mit einem ringförmigen, scheibenartigen Glied 57 unterschiedlicher Dicke versehen, so daß die Dicke der Enden des Abstandsgliedes kompensiert und ein abdichtender Sitz sowie eine gleichförmige Unterstützung des inneren Endes der oberen Kammer erreicht werden können. Ein Überwurfring 60 ist auf das obere Ende der unteren Kammer 10 aufgeschraubt und mit einem Dichtring 61 ausgerüstet, der von dem Überwurfring zur Abdichtung der oberen Kammer im offenen Ende der unteren Kammer 10 zusammengedrückt wird.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum epitaktischen Aufwachsen von Halbleiterschichten auf Scheiben aus ähnlichem Halbleitermaterial in einer das Halbleiterschichtmaterial im Wege einer thermischen Zersetzung liefernden Reaktionsgasatmosphäre, mit einer mit den erforderlichen Gaszu- und -ableitungen versehenen Reaktionskammer, einer innerhalb derselben verlaufenden, drehbar gelagerten Welle, an der ein dem oberen Ende der Reaktionskammer zuweisender Träger zur Halterung der Halbleiterscheiben befestigt ist, und einer Heizvorrichtung zum Beheizen der Halbleiterscheiben, dadurch gekennzeichnet, daß als Reaktionsgaszuleitung eine im Innern der Welle (17) sowie durch den Träger (45) hindurch verlaufende Leitung (20) angeordnet ist, die einen gegen das obere Kammerende gerichteten Auslaß (55) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsgas-Auslaß durch eine Gasverteilungsbaffel (55) gebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer (11) in ein nach oben offenes Unterteil (10) und eine vakuumdicht ansetzbare Glocke (56) unterteilt ist und der Träger (45) nebst Reaktionsgas-Auslaß (55) innerhalb der Glocke angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Heizvorrichtung für die Halbleiterscheiben (47) eine im Innern der Reaktionskammer liegende, unterhalb des Trägers (45) angeordnete HF-Spule (50) vorgesehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen