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WO2000031323A1 - Verfahren und anordnung zum abscheiden von halbleitermaterial - Google Patents

Verfahren und anordnung zum abscheiden von halbleitermaterial Download PDF

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WO2000031323A1
WO2000031323A1 PCT/DE1999/003665 DE9903665W WO0031323A1 WO 2000031323 A1 WO2000031323 A1 WO 2000031323A1 DE 9903665 W DE9903665 W DE 9903665W WO 0031323 A1 WO0031323 A1 WO 0031323A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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substrate
gas
semiconductor
deposition
halogen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/DE1999/003665
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Arnulf A. JÄGER-WALDAU
Martha Christina Lux-Steiner
Holger JÜRGENSEN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aixtron SE
Hahn Meitner Institut Berlin GmbH
Original Assignee
Aixtron SE
Hahn Meitner Institut Berlin GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aixtron SE, Hahn Meitner Institut Berlin GmbH filed Critical Aixtron SE
Priority to AU17718/00A priority Critical patent/AU1771800A/en
Publication of WO2000031323A1 publication Critical patent/WO2000031323A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
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    • C03C2218/10—Deposition methods
    • C03C2218/15—Deposition methods from the vapour phase
    • C03C2218/152—Deposition methods from the vapour phase by cvd

Definitions

  • the invention relates to a method for depositing semiconductor material from a supply via halogenated gaseous intermediates on a substrate in a reaction space (chemical gas phase transport) and an arrangement for carrying out the method.
  • Such a method of deposition via halogenated gaseous intermediates offers the advantage of being able to work at relatively low process temperatures, since evaporation of the coating material at the high temperatures required for this is not necessary.
  • a method and an arrangement are known from Thin Solid Films 226 (1993) pp. 254-258 "Close-spaced vapor transport of CulnSe 2 , CuGaSe 2 and Cu (Ga, In) Se 2 ", G. Masse and K. Djessas by means of which a substrate is coated with a semiconductor material from a supply of gaseous halogenated intermediates in a closed reaction space.
  • a method for coating substrates (metal organic vapor phase epitaxy) is also known, which can be used on an industrial scale and in which metal alkyls are passed into a cold-wall reactor with a heated substrate holder, where the supplied semiconductor material then grows on the substrate (see S. Chichibu et al, J. Appl. Phys., Vol. 36 (1997), p 1703).
  • the high costs of the process, in particular also of the starting materials, are disadvantageous here. This method can therefore only be used for special purposes such as the production of solar cells for space stations.
  • the object is achieved according to the invention by specifying a method with the method steps listed below: 1. heating the reaction space with the supply and substrate located therein at positions apart from one another under an inert gas stream,
  • Chalcopyrites II-VI compounds, III-V compounds, transition metal chalcogenides (eg WS 2 ) or silicon are used as semiconductor materials to be applied.
  • the inert gas used consists of nitrogen (N 2 ) or noble gases such as argon or helium.
  • Hydrogen (H 2 ), nitrogen or forming gas (N 2 + H 2 or A r + H 2 each with A r ) are used as carrier gases.
  • the halogen s chlorine, bromine, iodine or corresponding gaseous halogen compounds, such as e.g. whose hydrogen compounds used.
  • the coated substrate is cooled either in the reaction space with an inert gas flow or outside the same.
  • the substrate is moved slowly and continuously through the reaction space under a constant gas flow of carrier gas and halogen-containing gas.
  • the arrangement for carrying out the method which has an externally heatable reactor space with a substrate and semiconductor supply material located therein and a halogen source, is equipped according to the invention with a positioning device for the mutual positioning of substrate and semiconductor supply material in the deposition position.
  • the heatable halogen source is arranged outside the reactor room.
  • an adjustable Gas mixing system provided for the optional flow of inert gas or carrier gas with halogen-containing gas through the reactor space.
  • the positioning device for substrate and semiconductor material can be operated mechanically, electrically, pneumatically or hydraulically.
  • either the substrate or the semiconductor supply material is advantageously arranged on a preferably horizontally rotatable plate.
  • Mass flow controllers with pneumatically switchable valves are provided in the gas mixing system to regulate the gas quantities required in each case. Furthermore, the total pressure in the reactor space and the temperature can be continuously regulated.
  • An exhaust gas system which has a vacuum pump with butterfly valve, is connected downstream of the reactor space.
  • the figure shows a cross section of the arrangement for carrying out the method according to the invention.
  • the method according to the invention will be explained using the example of coating a substrate made of glass with copper gallium diselenide (CuGaSe 2 ).
  • the reaction chamber with the semiconductor supply material and the substrate located therein in spaced-apart positions is heated to approximately 600 ° C. under an inert gas stream.
  • Molecular nitrogen (N 2 ) is used as the inert gas.
  • the substrate and semiconductor material are positioned in the deposition position by moving them horizontally and vertically. The distance between the substrate and the semiconductor supply material in the deposition position is a maximum of 2 mm.
  • the inert gas stream is replaced by a gas stream comprising carrier gas (H 2 ) and halogen gas (l 2 ) for starting the halogenation of the semiconductor supply material and transporting it to the substrate.
  • the iodine is provided by evaporating an iodine supply in a separate, heatable halogen storage container. The use of iodine for the halogenization results in a high transport efficiency for the semiconductor material to be applied.
  • the halogenation or iodide formation takes place according to the following reaction equation:
  • the iodide formation gives rise to the gaseous intermediate products required for material transport at relatively low temperatures.
  • the material to be applied is dehalogenated, so that only the pure semiconductor material is deposited without halogen components.
  • dehalogenation the reaction takes place according to the above. Equation from right to left (reverse reaction).
  • the temperature of the semiconductor supply material is approximately 20 to 25 ° C. higher than the temperature of the substrate. This is achieved by additional heating of the semiconductor supply material.
  • the cooling (lowering of temperature) on the substrate as a result of Gas flow in the reaction space contributes to the formation of the required temperature gradient and increases the deposition rate.
  • the deposition of the semiconductor material on the substrate is ended by switching from the gas stream of hydrogen (H 2 ) and iodine-containing gas to an inert gas stream of nitrogen (N 2 ) and the subsequent spatial separation of the coated substrate from the semiconductor stock material by moving the two apart. These two process steps prevent uncontrolled iodide formation and material deposition in the reaction space and in particular on the substrate.
  • reaction space with the coated substrate located therein is cooled under an inert gas stream.
  • the entire process takes place at a pressure of approx. 200 mbar.
  • the gaseous waste products resulting from the process e.g.
  • Hydrogen halides or the like are removed via an exhaust system, possibly cleaned and reused in the process.
  • the arrangement for carrying out the method according to the invention has a hollow cylindrical reaction space 1 and a separate halogen storage space 2.
  • a substrate 4 glass
  • a semiconductor supply material 6 CuGaSe 2
  • the supports 3 and 5 can be adjusted or displaced independently of one another, horizontally and vertically, for positioning and adjustment in the separation position.
  • the drive for this can be done via racks, threaded spindles, electric plungers, electric servomotors, or hydraulically or pneumatically.
  • the reaction chamber 1 is provided with a gas inlet connector 7 for the supply of inert gas and a further gas inlet connector 8 for the supply of Carrier gas and halogen-containing gas.
  • a gas outlet connection 9 is provided to discharge used or excess gas. This is connected to an exhaust system (not shown).
  • a heating device 10 for example resistance heating.
  • the carrier 5 for the semiconductor supply material 6 is provided with an additional heater. This can also be designed as an electrical resistance heater.
  • the externally heatable halogen storage space 2 has a halogen supply 11 (iodine), a gas supply connection 12 for the carrier gas (H 2 ; N 2 ) and a gas outlet connection 13 for carrier gas and halogen-containing gas.
  • a halogen supply 11 iodine
  • a gas supply connection 12 for the carrier gas H 2 ; N 2
  • a gas outlet connection 13 for carrier gas and halogen-containing gas for carrier gas and halogen-containing gas.
  • the latter gas mixture is fed to the reaction chamber 1 for the halogenization of the semiconductor supply material 6.
  • a controllable gas mixing system (not shown) is provided for the optional flow of inert gas or carrier gas with halogen-containing gas through the reaction chamber 1.
  • Mass flow controllers are provided in the gas mixing system for controlling the gas quantities required in each case and are equipped with pneumatically switchable valves.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abscheiden von Halbleitermaterial aus einem Vorrat über halogenierte gasförmige Zwischenprodukte auf einem Substrat in einem Reaktionsraum (chemischer Gasphasentransport) sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens. Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein einfaches und robustes Verfahren für die Abscheidung von Halbleitermaterial auf einem Substrat sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben. Die Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Angabe eines Verfahrens mit nachstehend aufgeführten Verfahrensschritten gelöst: Aufheizen des Reaktorraumes unter Inertgas; Positionierung von Substrat und Halbleitervorrat zueinander; Starten der Halogenisierung des Halbleitermaterials durch Ersetzen des Inertgasstromes durch einen Gasstrom aus Trägergas und halogenhaltigem Gas; Dehalogenisierung des Halbleitermaterials für die Abscheidung auf dem Substrat; Beenden der Abscheidung durch Umschalten auf Inertgas und räumliche Trennung von beschichtetem Substrat und Halbleitervorrat; Abkühlung des beschichteten Substrates.

Description

Bezeichnung
Verfahren und Anordnung zum Abscheiden von Halbleitermaterial
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abscheiden von Halbleitermaterial aus einem Vorrat über halogenierte gasförmige Zwischenprodukte auf einem Substrat in einem Reaktionsraum (chemischer Gasphasentransport) sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.
Ein derartiges Verfahren der Abscheidung über halogenierte gasförmige Zwischenprodukte bietet den Vorteil bei relativ geringen Prozeßtemperaturen arbeiten zu können, da ein Verdampfen des Beschichtungsmaterials bei den dafür erforderlichen hohen Temperaturen nicht notwendig ist.
Aus Thin Solid Films 226 (1993) S. 254-258 „Close-spaced vapour transport of CulnSe2, CuGaSe2 and Cu (Ga, In) Se2", G. Masse and K. Djessas ist ein Verfahren und eine Anordnung bekannt mittels deren in einem abgeschlossenen Reaktionsraum eine Beschichtung eines Substrats mit einem Halbleitermaterial aus einem Vorrat über gasförmige halogenierte Zwischenprodukte erfolgt.
Nachteilig ist hierbei, daß die entsprechenden Reaktionen in einem vollkommen geschlossenen System ablaufen. In diesem geschlossenem System stellt sich ein Reaktionsgleichgewicht ein. Es ist daher nicht gewährleistet, daß die erforderlichen chemischen Reaktionen alle in der erforderlichen Richtung ablaufen. Weiterhin gibt es keine Möglichkeit von außen steuernd einzugreifen, d.h. eine Prozeßsteuerung ist nicht möglich, die vorgegebenen Bedingungen wie z.B. der Abstand Halbleitervorrat zum Substrat sind nicht veränderbar. Weiterhin kann es zu unkontrollierten Halogenidbildungen und Materialabscheidungen kommen. Diese bekannte Lösung ist daher für einen großtechnischen Einsatz nicht geeignet.
In J. Electrochem. Soc: Solid State Science, Vol. 116, No. 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 ist das gleiche Verfahren wie bei Masse beschrieben, allerdings läuft dieses Verfahren bei Hovel et al in einem offenen System ab.
Nachteilig ist auch hier, daß der Abstand zwischen Substrat und Halbleitervorrat nicht veränderbar ist. Damit ist eine definierte, gleichmäßige und reproduzierbare Abscheidung von Halbleitermaterial auf einem Substrat nicht gewährleistet, so daß auch diese Lösung für einen großtechnichen Einsatz nicht geeignet ist.
Es ist weiterhin ein Verfahren zur Beschichtung von Substraten bekannt (metal organic vapour phase epitaxy), das großtechnisch einsetzbar ist und bei dem Metallalkyle in einen Kaltwandreaktor mit beheiztem Substrathalter geleitet werden, wo dann das zugeführte Halbleitermaterial auf dem Substrat aufwächst (s. S. Chichibu et al, J. Appl. Phys., Vol. 36 (1997), p 1703). Nachteilig sind hierbei die hohen Kosten des Verfahrens, insbesondere auch der Ausgangsmaterialien. Dieses Verfahren ist daher nur für Sonderzwecke wie zum Beispiel Herstellung von Solarzellen für Weltraumstationen sinnvoll einsetzbar.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein einfaches und robustes Verfahren zum Abscheiden von Halbleitermaterial aus einem Vorrat über halogenierte gasförmige Zwischenprodukte auf einem Substrat in einem Reaktionsraum sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, wobei preisgünstige Ausgangsmateπalien einsetzbar sind und eine reproduzierbare und präzise steuerbare Prozeßführung möglich ist. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Angabe eines Verfahrens mit nachfolgend aufgeführten Verfahrensschritten gelöst: 1. Aufheizen des Reaktionsraumes mit darin in voneinander entfernten Positionen befindlichen Vorrat und Substrat unter einem Inertgasstrom,
2. Positionierung von Substrat und Vorrat zueinander in Auftragungsposition durch horizontales und vertikales Verschieben gegeneinander nach Erreichen der Reaktionstemperatur,
3. Ersetzen des Inertgasstromes durch einen Gasstrom aus Trägergas und halogenhaltigem Gas oder halogenhaltigem Gasgemisch zum Starten der
Halogenisierung des Halbleitervorratsmaterials und Transport desselben zum Substrat,
4. Dehalogenisierung des Halbleitervorratsmaterials (Rückreaktion) zur Abscheidung auf dem Substrat bei TSUbstrat ≠ T θrrat,
5. Beenden der Abscheidung durch a.) Umschalten von Trägergas mit halogenhaltigem Gas auf Inertgasstrom, b.) anschließend räumliche Trennung des beschichteten Substrates vom
Halbleitervorratsmaterial durch Auseinanderbewegung beider,
6. Abkühlen des beschichteten Substrates.
Als aufzutragende Halbleitermaterialien werden Chalkopyrite, ll-VI- Verbindungen, Ill-V-Verbindungen, Übergangsmetallchalkogenide (z.B. WS2) oder Silizium verwendet.
Als Substrat werden zweckmäßigerweise Glas, Quarz, Keramik oder Silizium bzw. andere Halbleitermaterialien, beschichtet oder unbeschichtet eingesetzt. Das verwendete Inertgas besteht aus Stickstoff (N2) oder Edelgasen wie z.B. Argon oder Helium.
Der mögliche Temperaturbereich für die Abscheidung von Halbleitermaterial liegt zwischen Raumtemperatur («=20°C) und 1200°C bei zugehörigen Druckwerten zwischen 5 bis 1000 mbar.
Als Trägergase werden Wasserstoff (H2), Stickstoff oder Formiergas (N2+H2 bzw. Ar+H2 jeweils mit Ar) eingesetzt.
Zur Halogenisierung des Halbleitervorratsmaterials werden die Halogene Chlor, Brom, lod bzw. entsprechende gasförmige Halogenverbindungen, wie z.B. deren Wasserstoffverbindungen verwendet.
Die Abkühlung des beschichteten Substrates erfolgt entweder im Reaktionsraum unter Inertgasdurchfluß oder außerhalb desselben.
Für die Erzielung von HeteroStrukturen werden mehrere unterschiedliche Halbleitermaterialien übereinander aber zeitlich nacheinander auf dem Substrat abgeschieden.
Für eine kontinuierliche Beschichtung wird das Substrat ununterbrochen langsam durch den Reaktionsraum bewegt unter einem ständigen Gasstrom aus Trägergas und halogenhaltigem Gas.
Die Anordnung zur Durchführung des Verfahrens, die einen von außen beheizbaren Reaktorraum mit darin befindlichem Substrat und Halbleitervorratsmaterial sowie eine Halogenquelle aufweist ist erfindungsgemäß mit einer Positioniereinrichtung ausgestattet für die gegenseitige Positionierung von Substrat und Halbleitervorratsmaterial in Abscheideposition. Die beheizbare Halogenquelle ist außerhalb des Reaktorraumes angeordnet. Weiterhin ist ein regulierbares Gasmischsystem vorgesehen für den wahlweisen Durchfluß von Inertgas bzw. Trägergas mit halogenhaltigem Gas durch den Reaktorraum.
Zur Realisierung der Bedingung T θrrat ≠ T Substrat sind jeweils separate Temperaturregelungen (z.B. Zusatzheizung oder -kühlung) für das Halbleitervorratsmaterial und das Substrat vorgesehen.
Die Positioniereinrichtung für Substrat und Halbleitermaterial ist mechanisch, elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch betätigbar.
Zur Erzielung einer gleichmäßigen Abscheiduπg ist vorteilhafterweise entweder das Substrat oder das Halbleitervorratsmaterial auf einem vorzugsweise waagerecht drehbaren Teller angeordnet.
Für die Regelung der jeweils benötigten Gasmengen sind im Gasmischsystem Massenflußregler mit pneumatisch schaltbaren Ventilen vorgesehen. Weiterhin sind der Totaldruck im Reaktorraum sowie die Temperatur kontinuierlich regelbar Dem Reaktorraum ist ein Abgassystem nachgeschaltet, das eine Vakuumpumpe mit Schmetterlingventil aufweist.
Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnung näher erläutert:
Die Abb. zeigt einen Querschnitt der Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Zunächst soll das erfindungsgemäße Verfahren am Beispiel der Beschichtung eines Substrates aus Glas mit Kupfergalliumdiselenid (CuGaSe2) erläutert werden. Am Anfang des Verfahrens steht die Aufheizung des Reaktionsraumes mit darin in voneinander entfernten Positionen befindlichen Halbleitervorratsmaterial und Substrat unter einem Inertgasstrom auf ca. 600°C. Als Inertgas wird molekularer Stickstoff (N2) verwendet. Nach dem Aufheizen erfolgt die Positionierung von Substrat und Halbleitervorratsmaterial in Abscheideposition durch horizontales und vertikales Verschieben gegeneinander. Der Abstand zwischen Substrat und Halbleitervorratsmaterial in Abscheideposition beträgt maximal 2 mm.
Nach Erreichen der Reaktionstemperatur und erfolgter Positionierung wird der Inertgasstrom ersetzt durch einen Gasstrom aus Trägergas (H2) und Halogengas (l2) zum Starten der Halogenisierung des Halbleitervorratsmaterials und Transport desselben zum Substrat. Die Bereitstellung von lod erfolgt durch Verdampfen eines lodvorrats in einem separaten beheizbaren Halogenvorratsbehälter. Der Einsatz von lod für die Halogenisierung ergibt eine hohe Transporteffizienz für das aufzutragende Halbleitermaterial. Die Halogenisierung bzw. lodidbildung erfolgt gemäß nachstehender Reaktionsgleichung:
CuGaSe2 + 2I2 600 °c > Cul + Gal3 + Se2
Durch die lodidbildung entstehen die für den Materialtransport bei relativ niedrigen Temperaturen erforderlichen gasförmigen Zwischenprodukte.
Vor der Abscheidung des Halbleitermaterials auf dem Substrat erfolgt die Dehalogenierung des aufzubringenden Materials, so daß nur das reine Halbleitermaterial ohne Halogenbestandteile abgeschieden wird. Bei der Dehalogenierung erfolgt also die Reaktion gemäß o.a. Gleichung von rechts nach links (Rückreaktion).
Für den verfahrenstechnisch sauberen Ablauf der Verfahreπsschritte Halogenisierug (lodidbildung) und Dehalogenisierung (Rückreaktion) ist es erforderlich, daß die Temperatur des Halbleitervorratsmaterials ca. 20 bis 25 °C höher liegt als die Temperatur des Substrates. Dies wird erreicht durch eine zusätzliche Beheizung des Halbleitervorratsmaterials. Die Abkühlung (Temperaturabsenkung) am Substrat infolge des Gasdurchflusses im Reaktionsraum trägt zur Herausbildung des erforderlichen Temperaturgefälles bei und erhöht die Abscheidungsrate.
Die Abscheidung des Halbleitermaterials auf dem Substrat wird beendet durch das Umschalten vom Gasstrom aus Wasserstoff (H2) und jodhaltigem Gas auf einen Inertgasstrom aus Stickstoff (N2) und die anschließende räumliche Trennung des beschichteten Substrates vom Halbleitervorratsmaterial durch eine Auseinanderbewegung beider. Durch diese beiden Verfahrensschritte wird eine unkontrollierte lodidbildung und Materialablagerung im Reaktionsraum und insbesondere auf dem Substrat verhindert.
Abschließend erfolgt die Abkühlung des Reaktionsraumes mit dem darin befindlichen beschichteten Substrat unter einem Inertgasstrom. Das gesamte Verfahren läuft bei einem Druck von ca. 200 mbar ab. Die beim Verfahren anfallenden gasförmigen Abfallprodukte (z.B.
Halogenwasserstoffe o.a.) werden über ein Abgassystem abgeführt, eventuell gereinigt und im Verfahren wiederverwendet.
Die Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist einen hohlzylinderförmigen Reaktionsraum 1 und einen separaten Halogenvorratsraum 2 auf. Im Reaktionsraum 1 sind auf einem Substratträger 3 ein Substrat 4 (Glas) und auf einem weiteren Trägerarm 5 ein Halbleitervorratsmaterial 6 (CuGaSe2) angeordnet. Die Träger 3 und 5 sind unabhängig voneinander jeweils horizontal und vertikal verstell- bzw. verschiebbar zur Positionierung und Justierung in Abscheideposition. Der Antrieb hierfür kann über Zahnstangen, Gewindespindeln, elektrische Tauchspulen, elektrische Stellmotore, oder hydraulisch bzw. pneumatisch erfolgen.
Der Reaktionsraum 1 ist mit einem Gaseinlaßstutzen 7 für die Zufuhr von Inertgas und einem weiteren Gaseinlaßstutzen 8 für die Zufuhr von Trägergas und halogenhaltigem Gas ausgestattet. Zur Ableitung von verbrauchtem bzw. überschüssigem Gas ist ein Gasauslaßstutzen 9 vorgesehen. Dieser ist mit einem (nicht gezeigten) Abgassystem verbunden. Zur Aufheizung des Reaktionsraumes 1 ist die Außenwand desselben von einer Heizeinrchtung 10 (z.B. Widerstaπdsheizung) umgeben. Um die für die Abscheidung von CuGaSe2 auf dem Substrat erforderliche Bedingung T orrat > TSubstrat zu erfüllen, ist der Träger 5 für das Halbleitervorratsmaterial 6 mit einer Zusatzheizung versehen. Diese kann ebenfalls als elektrische Widerstandsheizung ausgebildet sein.
Zur Erreichung einer gleichmäßigen Abscheidung von Halbleitervorratsmaterial 6 auf dem Substrat 4 kann es vorteilhaft sein, entweder das Substrat 4 oder das Halbleitervorratsmaterial 6 auf einem drehbaren Teller (nicht gezeigt) anzuordnen.
Der von außen beheizbare Halogenvorratsraum 2 weist einen Halogenvorrat 11 (lod), einen Gaszuleitungsstutzen 12 für das Trägergas (H2;N2) sowie einen Gasauslaßstutzen 13 für Trägergas und halogenhaltiges Gas auf. Das letztere Gasgemisch wird dem Reaktionsraum 1 zur Halogenisierung des Halbleitervorratsmaterials 6 zugeführt.
Für den wahlweisen Durchfluß von Inertgas bzw. Trägergas mit halogenhaltigem Gas durch den Reaktionsraum 1 ist ein (nicht gezeigtes) regulierbares Gasmischsystem vorgesehen. Für die Regelung der jeweils benötigten Gasmengen sind Massenflußregler im Gasmischsystem vorgesehen, die mit pneumatisch schaltbaren Ventilen ausgestattet sind.

Claims

Patentansprüche
1.) Verfahren zum Abscheiden von Halbleitermaterial aus einem Vorrat über halogenierte gasförmige Zwischenprodukte auf einem Substrat in einem Reaktionsraum (chemischer Gasphasentransport) gekennzeichnet durch nachstehend angegebene Verfahrensschritte:
1. Aufheizen des Reaktionsraumes mit darin in voneinander entfernten Positionen befindlichen Halbleitermaterial und Substrat unter einem
Inertgasstrom,
2. Positionierung von Substrat und Halbleitervorratsmaterial zueinander in Auftragungsposition durch horizontales und vertikales Verschieben gegeneinander nach Erreichen der Reaktionstemperatur,
3. Ersetzen des Inertgasstromes durch einen Gasstrom aus Trägergas und halogenhaltigem Gas oder halogenhaltigem Gasgemisch zum Starten der Halogenisierung des Halbleitervorratsmaterials und Transport desselben zum Substrat,
4. Dehalogenisierung des Halbleitervorratsmaterials (Rückreaktion) zur Abscheidung auf dem Substrat bei Tsubstrat ≠ vorrat,
5. Beenden der Abscheidung durch a) Umschalten von Trägergas mit halogenhaltigem Gas auf Inertgasstrom, b) anschließend räumliche Trennung des beschichteten Substrates vom Halbleitervorratsmaterial durch Auseinanderbewegung beider,
6. Abkühlen des beschichteten Substrates.
2.) Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch g e ke n nze i ch n e t , daß als aufzutragende Halbleitermaterialien Chalkopyrite, ll-VI- Verbindungen, Ill-V-Verbindungen, Ubergangsmetallchalkogenide (z.B. WS2) oder Silizium verwendet werden.
3.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e ke n nze i ch n e t , daß als Substrat Glas, Quarz, Keramik oder Silizium bzw. andere Halbleitermaterialien, beschichtet oder unbeschichtet, eingesetzt werden.
4.) Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß als Inertgase Stickstoff (N2) oder Edelgase wie z.B. Argon oder Helium verwendet werden.
5.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e ke n nze i ch n et , daß der mögliche Temperaturbereich für die Abscheidung von
Halbleitermaterial zwischen Raumtemperatur (« 20°C) und 1200°C liegt.
6.) Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch g e ke n nze i ch n e t , daß die Abscheidung von Halbleitermaterial unter einem Druck im Bereich von 5 - 1000 mbar erfolgt.
7.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e ke n nze i ch n et , daß als Trägergase Wasserstoff (H2), Stickstoff (N2) oder Formiergas (N2 +
H2 bzw. Ar + H2 mit Ar) eingestzt werden.
8.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e ke n nze i ch n e t , daß zur Halogenisierung Chlor, lod, Brom bzw. entsprechende gasförmige Halogenverbindungen wie z.B. Halogenwasserstoffe verwendet werden.
9.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e ke n nze i ch n e t , daß die Abkühlung des beschichteten Substrates im Reaktionsraum unter Innertgasdurchfluß erfolgt.
10.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e ke n nze i ch n e t , daß die Abkühlung des beschichteten Substrates außerhalb des Reaktionsraumes erfolgt.
11.) Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch g e ke n nze i ch n e t , daß zur Erzielung von HeteroStrukturen auf dem Substrat mehrere unterschiedliche Halbleitermaterialien übereinander zeitlich nacheinander abgeschieden werden.
12.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e ke n nze i ch n e t , daß für eine kontinuierliche Beschichtung ein Substrat ununterbrochen langsam durch den Reaktionsraum bewegt wird unter einem ständigen Gasstrom aus Trägergas und halogenhaltigem Gas.
13.) Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 10, aufweisend einen von außen beheizbaren Reaktionsraum mit darin befindlichem Substrat und Halbleitervorratsmaterial sowie eine Halogenquelle, dadurch g e ke n nze i ch n e t , daß eine Positioniereinrichtung vorgesehen ist für die gegenseitige Positionierung von Substrat (4) und Halbleitervorratsmaterial (6) in Abscheideposition, daß die beheizbare Halogenquelle (2)außerhalb des Reaktionsraumes (1) angeordnet ist und daß ein regulierbares
Gasmischsystem vorgesehen ist für den wahlweisen Durchfluß von Inertgas bzw. Trägergas mit Halogengas durch den Reaktionsraum (1).
14.) Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Realisierung der Bedingung TVθrrrat ≠ Substrat jeweils separate Temperaturregelungen (z.B. Zusatzheizung oder -kühlung) für das Halbleitervorratsmaterial (6) und das Substrat (4) vorgesehen sind.
15.) Anordnung nach Anspruch 11 , dadurch g e ke n nze i ch n e t , daß die Positioniereinrichtung mechanisch, elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch betätigbar ist.
16.) Anordnung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß sich das Substrat (4) oder das Halbleitervorratsmaterial (6) zum Erreichen einer gleichmäßigen Abscheidung auf einem vorzugsweise waagerecht drehbaren Teller befindet.
17.) Anordnung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß im Gasmischsystem für die Regelung der jeweiligen Gasmengen Massenflußregler mit pneumatisch schaltbaren Ventilen vorgesehen sind.
18.) Anordnung nach Anspruch 11 , dadurch g e ke n nze i ch n e t , daß der Totaldruck im Reaktionsraum (1) sowie die Temperatur kontinuierlich regelbar sind.
19.) Anordnung nach Anspruch 11 , dadurch g e ke n nze i ch n e t , daß dem Reaktionsraum (1) ein Abgassystem nachgeschaltet ist, das eine
Vakuumpumpe mit Schmetterlingsventil aufweist.
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