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Dokumentenidentifikation DE69012409T2 20.04.1995
EP-Veröffentlichungsnummer 0396239
Titel Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitern durch Abscheidung aus der Gasphase.
Anmelder Daidousanso Co. Ltd., Osaka, JP
Erfinder Yoshino, Akira, Osakasayama-shi, Osaka 589, JP;
Ohmori, Yoshinori, Saika-shi, Osaka 591, JP;
Okumura, Kenji, Matsubara-shi, Osaka 580, JP;
Ohnishi, Toshiharu, Tondabayashi-shi, Osaka 584, JP
Vertreter Liebau, G., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 86199 Augsburg
DE-Aktenzeichen 69012409
Vertragsstaaten DE, FR, GB, NL
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 16.03.1990
EP-Aktenzeichen 903028314
EP-Offenlegungsdatum 07.11.1990
EP date of grant 14.09.1994
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.04.1995
IPC-Hauptklasse C30B 25/14
IPC-Nebenklasse C23C 16/44   

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitern, in welcher Verbindungs-Halbleiter-Schichten in einem vakuum-chemischen Epitaxie-System (VCE) gebildet (aufwachsen gelassen) werden.

Hintergrund der Erfindung

In den vergangenen Jahren ist der Bedarf an Verbindungs- Halbleitern, besonders Gruppe III-V-Verbindungen (d.h. GaAs) gewachsen, weil diese in ihren Leistungsmerkmalen den herkömmlichen Silikon-Halbleitern überlegen sind. Für die Herstellung derartiger Gruppe III-V-Verbindungs-Halbleiter sind u.a. das sogenannte Molekularstrahl-Epitaxie-Verfahren (MBE), welches darin besteht, daß die für eine epitaxisch zu bildende Verbindung erforderlichen Atome aus einem festen Material unter Verwendung einer Hitzekanone verdampft und veranlaßt werden, in der Molekularstrahl-Form gegen ein Substrat in einem Ultrahoch-Vakuum zu kollidieren, um hierdurch das Aufwachsen eines Filmes dieses Materials auf dem Substrat zu bewirken, und das sogenannte metall-organische-chemische Dampf-Abscheidungs-Verfahren (MOCVD) bekannt, welches darin besteht, den Dampf einer Methyl-Metall- oder einer Äthyl- Metall-Verbindung bei Atmosphärendruck oder unter reduziertem Druck mit Hilfe eines Trägergases, wie H&sub2;, in eine Reaktionskammer zu leiten, wobei man sich den Dampf mit einem Gruppe V-Metallhydrid vermischen läßt und zu Kristallwachstum die Reaktion untereinander auf einem erhitzten Substrat stattfinden läßt.

Von den beiden genannten Verfahren ist jedoch das MBE-Verfahren nicht für die Produktion im großen Maßstab einsetzbar, da es kaum die Bedürfnisse des Marktes erfüllen kann, weil (1) es ein ultrahohes Vakuum in der Größenordnung 1,3 x 10&supmin;&sup8;Pa (10&supmin;¹¹ Torr) erfordert, (2) es Stillstandszeit verursacht, wenn Material nachgefüllt wird und (3) es einen Substrat- Drehmechanismus erfordert, um ein gleichmäßiges Aufwachsen zu erreichen. Deshalb wird dem MOCVD-Verfahren jetzt Beachtung geschenkt und dieses Verfahren praktisch benutzt. Jedoch hat dieses insofern Nachteile, als (1) eine Ausbreitung leicht in einer Flußrichtung herbeigeführt wird und es schwierig ist, den Fluß im Maßstab zu übertragen, weil es ein Prozeß in einem laminaren Flußbereich ist, und (2) der Ausnutzungsgrad des Reaktionsgases wegen des Aufwachsmechanismus gering ist. Da eine große Menge von nichtreagiertem Gas, welches toxisch ist, produziert wird, weil, wie oben erwähnt, der Ausnutzungsgrad des Reaktionsgases gering ist, und da ein Trägergas einen zusätzlichen Abfallgasanteil bildet, wird ein toxisches Abfallgas in großen Mengen ausgestoßen und dies führt zu Abfallgas- Beseitigungsproblemen.

Daher haben das MBE-Verfahren bzw. das MOCVD-Verfahren Nachteile und es ist wünschenswert, eine Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitern zu schaffen, bei der diese Nachteile vollständig beseitigtsind. Dementspechend gelang es den Erfindern, eine Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitern zu entwickeln, in welcher die Vorteile sowohl des MBE- als auch des MOCVD-Verfahrens vereinigt sind und sie reichten eine Patentanmeldung ein (japanische Patentanmeldung Nr. 63-191060). Der Aufbau dieser Vorrichtung ist in den Figuren 5 und 6 dargestellt. In diesen Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 101 die Vakuumkammer eines vakuum-chemischen Epitaxie-Systems. Die Vakuumkammer 101 hat innen eine Reaktionskammer 102, die durch eine Grundplatte 106, Umschließungswände 107 und eine Deckelplatte 108 gebildet wird, die in einer Richtung auf den oberen Kanten der Umschließungswände 107 verschiebbar ist. Die Deckelplatte hat in ihrem mittleren Bereich zwei Öffnungen 108a. Scheibenformige GaAs-Substrate 113 sind herausnehmbar in den Öffnungen 108a angeordnet. Die Umschließungswände der Reaktionskammer 102 haben Auslaßöffnungen 110 in bestimmten Abständen derselben. Die Gesamtfläche von diesen Auslaßöffnungen ist vorzugsweise etwa 4% der Oberfläche der Deckelplatte 108 der Reaktionskammer 102. Die Grundplatte 106 hat Düsenoffnungen 109, die in vorbestimmten Abständen darin gebildet sind und die mit Öffnungen 109 oder 134 in der Decke einer unterhalb der Reaktionskammer 102 angeordneten ersten Verteilkammer 104 in Verbindung stehen. Jede Öffnung 109 steht in Verbindung mit der ersten Verteilkammer 104, während jede Öffnung 134 über ein Rohr 119, welches sich durch die erste Verteilkammer 104 erstreckt, in Verbindung steht. Die erste Verteilkammer 104 steht in Verbindung mit einem Startmaterial-Einlaßrohr 121. Dieses Startmaterial-Einlaßrohr 121 dient zur Einleitung einer Gruppe III-Verbindung (Reaktionsgas), wie z.B. Trimethylgallium (TMGa) oder Triethylgallium (TEGa). Die zweite Verteilkammer 124 hat im unteren Teil eine Öffnung und ein Entleerungsventil 36, zweckmäßig ein Tellerventil, ist zum Öffnen und Schließen der Öffnung in dieser beweglich angeordnet. Die zweite Verteilkammer 124 steht über eine ihrer Seitenwände mit einem Startmaterial-Einlaßrohr 122 in Verbindung. Durch dieses Einlaßrohr 122 tritt ein n-Typ- oder p-Typ- Dopant oder eine Gruppe III-Verbindung, wie Triethylaluminium (TEAl), in die zweite Verteilkammer 124 ein. Ein Zufuhrrohr 142 zur Zufuhr einer Gruppe V-Verbindung, wie z.B. AsH&sub3; in die Reaktionskammer 102 hat eine Vielzahl von Lüchern 142a und 142b in bestimmten definierten Abständen und in zwei Reihen (rechts und links). Eine Heizvorrichtung 105 ist mit einer Ausgleichsplatte 105a oberhalb der Deckelplatte 108 der Reaktionskammer angeordnet.

Zum MESFET-Epitaxie-Schichtwachstum wird bei dieser Vorrichtung die Reaktionskammer 102 mit den Substraten 113 versehen (deren Stirnflächen nach unten gerichtet sind) und dann wird die Vakuumkammer auf ein Vakuum von weniger als 1,3 x 10&supmin;&sup4; Pa (10&supmin;&sup7; Torr) evakuiert und die Heizvorrichtung 105 elektrisch beaufschlagt, so daß die Heizvorrichtung Hitze erzeugen kann. Eine Gruppe V-Verbindung, wie z.B. AsH&sub3;, wird über das Zufuhrrohr 142 bei einer Substrattemperatur von 500ºC eingeleitet, so daß sie durch die Lücher 142a und 142b in die Reaktionskammer eintritt. Die auf diese Weise in die Reaktionskammer 102 eingeleitete Gruppe V-Verbindung strömt über die Oberflächen der Substrate 113 zu den Auslaßöffnungen 110. Während dieser Strömung werden AsH&sub3; oder TEAs vielmals gegen die Wände der Reaktionskammer, welches heiße Wände sind, gestoßen und thermisch gespalten, um As&sub2; zu ergeben. Nachdem die Temperatur der Substrate die vorbestimmte Prozeßtemperatur (600 bis 650ºC) erreicht hat, wird eine Gruppe III-Verbindung, wie Triethylgallium (TEGa) von dem Startmaterial-Einlaßrohr 121 der Reaktionskammer 102 in die erste Verteilkammer 104 eingeleitet, wird homogen gemischt und dann von den Düsenöffnungen 109 in homogener molekularer Densität gegen die Substrate 113 geblasen. Da zu dieser Zeit die mittlere freie Weglänge der Moleküle der Gruppe III-Verbindung länger eingestellt ist als die Entfernung von der Öffnung bis zur Platte, erreichen die Moleküle der Gruppe III-Verbindung die Substrate, ohne daß sie durch Kollision zwischen den Materialmolekülen fein verteilt werden. Die Moleküle der Gruppe III-Verbindung kommen zusammen mit As&sub2; in Kontakt mit den Oberflächen der Substrate 113 und wachsen an dieser Oberfläche in Form einer ungedopten Galliumarsenid (GaAs) -Schicht in Verbindung. Die unverbrauchten Verbindungen, welche nicht in Kontakt mit den Substraten 113 gekommen sind, verlassen die Reaktionskammer durch die Auslaßöffnungen 110 und treten in die Vakuumkammer 101 ein, die sie dann unter Wirkung einer Absaugeinrichtung seitlich verlassen. Es wird dann ein n-Typ Dopant entweder allein oder in Vermischung mit der oben genannten Gruppe III- oder V-Verbindung von der zweiten Verteilkammer 124 in die Reaktionskammer 102 eingeleitet, so daß eine n-Typ-Aktivschicht auf der Oberfläche der ungedopten GaAs-Schicht wachsen kann. Danach werden alle Gaszufuhren unterbrochen und das System wird für 15 Minuten in diesem Zustand gehalten. Dann werden die Eubstrate 113 gekühlt und aus der Reaktionskammer 102 herausgenommen (durch die Vakuumkammer 101). Auf diese Weise künnen Gruppe III-V-Verbindungs-Halbleiterschichten erzielt werden.

Wenn jedoch in einer Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitern mit diesem Aufbau das Wachstum an Substraten mit einer großen Fläche oder einer Vielzahl von Substraten durchgeführt wird, d.h. wenn die Entfernung zwischen der Zufuhrleitung und den Auslaßöffnungen lang wird, tritt der Nachteil auf, daß Streuung von molekularer Densität der Gruppe V-Verbindung zwischen dem Zufuhrrohr der Gruppe V-Verbindung, wie AsH&sub3;, und den Auslaßöffnungen verursacht wird und hierdurch es in einigen Fällen schwierig ist, eine homogene Halbleiterschicht zu bilden (wenn die Schicht bei einem niedrigen V/III- Verhältnis wächst. Da, wie es in Figur 7 gezeigt ist, Umfangsteile der Substrate 113 durch Substrathalteteile gehalten werden, welche ein Tragteil 108 entlang des ganzen Umfanges umfassen, werden Molekularstrahlen, die von dem unteren Teil der Reaktionskammer 102, wie mit den Pfeilen angedeutet, aufwärts gehen,durch vorgenanntes Tragteil 108b gestört und erreichen nicht den Umfangsteil der Substrate 113. Die Umfangsteile der Substrate 113 werden daher, wie es in Figur 8 gezeigt ist, als unbehandelte Teile belassen, was unwirtschaftlich ist.

Demgemäß ist es eine Aufgabe, eine Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitern zu schaffen, welche alle die Reaktionsgase in der Reaktionskammer in einem homogenen Zustand verteilen kann.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung schafft eine modifizierte Halbleiter-Herstellvorrichtung, versehen mit einer Vakuumkammer, einer innerhalb der Vakuumkammer angeordneten Reaktionskammer, einem an der Decke der Reaktionskammer angeordneten Substrathalter zum Halten der Substrate in einem Zustand, in welchem die Substrate den Reaktionsraum kontaktieren, einem am oberen Teil der Reaktionskammer angeordneten Substraterhitzer zum Erhitzen der Substrate einer unter der Reaktionskammer angeordneten Reaktionsgas-Verteilungskammer, einer Vielzahl von Verbindungslöchern, die am Grenzteil zwischen Reaktionsgas-Verteilungskammer und Reaktionskammer in vorbestimmten Abständen an der gesamten Oberfläche angeordnet sind, um die beiden Kammern zu verbinden, einer ersten Reaktionsgas-Zufuhrleitung, deren eines Ende sich in die erste Reaktionsgas-Verteilungskammer erstreckt und von der sich das Ende zur Bodenoberfläche der Reaktionsgas- Verteilungskammer hin öffnet, einem Kragenteil, welches parallel am Umfangsteil von der Endöffnung von dieser ersten Reaktionsgas-Zufuhrleitung angeordnet ist, Einer zweiten, unter der Reaktionsgas-Verteilungskammer angeordneten Verteilungskammer, einer Vielzahl von Verbindungsrohren, die sich von der Decke der zweiten Verteilungskammer jeweils in eines der Verbindungslöcher der ersten Reaktionsgas-Verteilungskammer hineinerstrecken, so daß ein Abstand zwischen ihm (dem Verbindungsrohr) und der Lochwand gemacht werden kann, und einer zweiten Reaktionsgas-Zufuhrleitung, um zweites Reaktionsgas in die zweite Verteilungskammer einzuleiten.

In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 (A) den Aufbau eines Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung im Schnitt,

Fig. 1 (B) den Grundriß des Substrathalteteiles hiervon,

Fig. 1 (C) einen vergrüßerten Grundriß der Erhitzungsvorrichtung hiervon,

Fig. 2 einen Vertikalschnitt des Substrathalteteiles hiervon,

Fig. 3 einen Grundriß des Substrathalteteiles,

Fig. 4 den Aufbau des anderen Ausführungsbeispieles der Erfindung im Schnitt,

Fig. 5 eine Vorrichtung, welche die Grundlage der vorliegenden Erfindung ist, im Schnitt,

Fig. 6 eine vergrößerte Ansicht eines Hauptteiles hiervon,

Fig. 7 einen Schnitt des Substrathalteteiles hiervon und

Fig. 8 den Grundriß des Substrathalteteiles hiervon.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Bei einer Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitern gemäß der Erfindung ist eine Reaktionsgas-Verteilungskammer neu unter dem unteren Teil der Reaktionskammer vorgesehen, eine erste Reaktionsgas-Zufuhrleitung erstreckt sich in die Reaktionsgas-Verteilungskammer und eine Endöffnung hiervon ist gegen die Bodenoberfläche von dieser Reaktionsgas- Verteilungskammer gerichtet und ein Kragenteil ist parallel um den Umfang dieser Endöffnung angeordnet. Deshalb strömt ein erstes Reaktionsgas, wie AsH&sub3;, in die Reaktionsgas- Verteilungskammer ein, was einen nach unten gerichteten Gasverteilungseffekt hat, und kommt dann in Kontakt mit dem Kragenteil, dehnt sich parallel und in allen Richtungen entlang des Kragenteiles aus, um sich homogen in der Reaktionsgas-Verteilungskammer fein zu verteilen, und wird dann über Verbindungslöcher, die an der Grenze zwischen der Reaktionsgas-Verteilungskammer und der Reaktionskammer angeordnet sind, in die Reaktionskammer eingeleitet. Dies erfolgt so, daß das Reaktionsgas in die Reaktionskammer in einem gleichmäßigen Molekularstrahl-Zustand eingeleitet wird. Dies bedeutet, daß bei der Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitern durch die Funktionen einer nach unten gerichteten Öffnung der ersten Reaktionsgas-Zufuhrleitung, eines am Umfang der Öffnung angeordneten Kragenteiles, eines Reaktionsgas- Verteileffektes der Reaktionsgas-Verteilungskammer und einer Vielzahl von Verbindungslöchern, die in der ganzen Oberfläche in vorbestimmten Abständen am Grenzteil zwischen der Reaktionsgas-Verteilungskammer und der Reaktionskammer angeordnet sind, ein Gruppe V-Reaktionsgas, wie AsH&sub3;, in die Reaktionskammer in einem gleichmäßigen Molekularstrahl- Zustand eingeleitet wird.

Ein zweites Reaktionsgas, wie TEAl und dergleichen und ein drittes Reaktionsgas, wie TEGa und dergleichen werden in der unter der Reaktionsgas-Verteilungskammer angeordneten zweiten Verteilungskammer gemischt und die Mischung wird über die Verbindungsleitungen homogen in die Reaktionskammer eingeleitet. In diesem Fall ist eine Vertiefung am Boden der zweiten Verteilungskammer vorgesehen und eine Stauplatte ist über einer Öffnung der Vertiefung angeordnet, um einen Raum, der zwischen der Vertiefung und der Stauplatte vorgesehen ist, als dritte Verteilungskammer auszubilden. Die zweite Reaktionsgas-Zufuhrleitung und die dritte Reaktionsgas-Zufuhrleitung sind in den Umschließungswänden der dritten Verteilungskammer so angeordnet, daß die Öffnungen dieser Zufuhrleitungen einander gegenüberstehen. Wenn zweites und drittes Reaktionsgas in die zweite Reaktionskammer aus dem Zwischenraum zwischen der Stauplatte der zweiten Verteilungskammer und der Öffnung von der Vertiefung in die zweite Verteilungskammer eingeleitet werden, nach dem Ausstromen der zweiten und dritten Gase aus beiden Öffnungen von jeder Zufuhrleitung, ist die Vermischung beider Gase vollständig. Wenn Ausschnitte, deren Durchmesser fast der gleiche ist als der der Substrate in dem Deckelteil der Reaktionskammer, gebildet werden und Substrathaltestücke am Umfangsteil der Ausschnitte angeordnet werden, die in vorbestimmten Abständen entlang des Umfanges angeordnet und zur Reaktionskammer gerichtet sind, kann fast der ganze Teil der Substratoberfläche dazu benutzt werden, um eine Halbleiterschicht zu bilden, weil der von dem Substrathalteteil abgedeckte Teil des Substrates bemerkenswert reduziert ist, verglichen mit dem Fall, daß das Halteteil am ganzen Teil des Umfanges des Ausschnittes angeordnet ist.

Die folgenden Beispiele werden die Erfindung im Detail illustrieren.

(A), (B) und (C) von Figur 1 stellen den Aufbau eines Ausführungsbeispieles der Erfindung dar. In Figur 1 (A) bezeichnet 1 eine aus rostfreiem Stahl bestehende zylindrische Vakuumkammer eines vakuum-chemischen Epitaxie-Systems, deren Innenseite durch ein am Boden der Vakuumkammer angeordnetes Vakuum-Absaugsystem (in der Figur nicht dargestellt) evakuiert wird. In der Vakuumkammer 1 sind eine Kohlenstoff-Graphit-Reaktionskammer 2, deren Wandoberflächen mit Siliciumcarbit überdeckt sind, eine Reaktionsgas-Verteilungskammer 3, die wie die Reaktionskammer 2 aus Kohlenstoff-Graphit besteht, und eine zweite Verteilungskammer 4, die aus rostfreiem Stahl gemacht ist, integriert angeordnet. Die Reaktionskammer 2 besteht aus einer Grundplatte 6, Umschließungswänden 7 und einer Deckplatte 8. Die Wandoberfläche der Reaktionskammer besteht aus Kohlenstoff-Graphit, so daß die Wandoberfläche durch Erhitzung mit der Heizeinrichtung 5 eine heiße Wand wird, um Molekularkorn zu reflektieren, ohne daran zu haften, selbst dann, wenn ein Molekularstrahl des Reaktionsgases mit der Wand kollidiert. Eine Vielzahl von Verbindungslüchern 9 sind in der Basisplatte 6 in vorbestimmten Abständen gebildet. Die Reaktionskammer 2 und die Reaktionsgas-Verteilungskammer 3 darunter, sind hierdurch miteinander verbunden. Eine Auslaßöffnung 10 ist in dem oberen Teil der Umschließungswand 7 entlang ihrem Umfang durchgehend gebildet. Vier runde Ausschnitte 11 sind in der Deckplatte 8 gebildet, wie es in Figur 1 (B) gezeigt ist. Substrathaltestücke 12 springen am unteren Umfangsteil von jedem Ausschnitt 11 in viertel Umfangsabständen vor, wie es in Figur 2 und 3 gezeigt ist. Das Substrathalteteil umfaßt die vier Substrathaltestücke. Runde Substrate 13 werden austauschbar in diesen Ausschnitten 11 plaziert und von den Substrathaltestücken 12 abgestützt.

Die Reaktionsgas-Verteilungskammer 3, welche unter der Reaktionskammer 2 angeordnet ist, umfaßt eine Basisplatte, Umschließungswände und eine Deckplatte, die die Basisplatte 6 der Reaktionskammer 2 ist, und die Oberfläche derselben wird genauso wie die der Reaktionskammer als heiße Wand betrachtet. Eine erste Reaktionsgas-Zufuhrleitung 15 erstreckt sich von außerhalb in die Reaktionsgas- Verteilungskammer 3 und ihr Ende ist nach unten gebogen und ihre Öffnung 16 öffnet nach unten. Ein scheibenfärmiges Kragenteil 17 ist am Umfangsteil der Öffnung 16 parallel angeordnet. Das aus der Öffnung 16 austretende erste Reaktionsgas wird hierdurch homogen und in allen Richtungen des Kragenteiles 17 fein verteilt. Eine zweite Verteilungskammer 4 ist unter der Reaktionsgas-Verteilungskammer 3 gebildet.

Diese zweite Verteilungskammer umfaßt eine Grundplatte 18, eine Umschließungswand 7, eine Deckplatte, welche die Rundplatte 14 der Reaktionsgas-Verteilungskammer 3 ist, und sie besteht aus rostfreiem Stahl, weil es weniger notwendig ist, die Wandoberfläche als heiße Wand auszubilden. Eine Vielzahl von Verbindungsrohren 19, die aus rostfreiem Stahl bestehen, erstrecken sich von der Deckplatte der Verteilungskammer 4 in Richtung einer Vielzahl von Verbindungslöchern 9, welche in der Deckplatte 6 der Reaktionsgas-Verteilungskammer vorgesehen sind. In diesem Fall ist ein Zwischenraum zwischen dem Verbindungsrohr 19 und der Lochwand des Verbindungsloches 9, in welches sich das Verbindungsrohr 19 erstreckt vorgesehen. Die zweite Verteilungskammer 4 und die Reaktionskammer 2 sind durch die Verbindungsrohre 19 miteinander verbunden und die Reaktionsgas-Verteilungskammer 3 und die Reaktionskammer 2 sind über die Zwischenräume zwischen den Verbindungsrohren 19 und den Lochwänden der Verbindungslöcher 9 verbunden. Eine Vertiefung 20 ist im Mittelteil des Bodens der zweiten Verteilungskammer 4 gebildet. Endöffnungen 21a und 22a von einer ersten Zufuhrleitung 21 und einer zweiten Zufuhrleitung 22 öffnen an gegenüberliegenden Seiten von Umschließungsbandteilen so, daß die Öffnungen einander gegenüberstehen. Eine Stauplatte 23 ist ein wenig über der Vertiefung 20 so angeordnet, daß die Platte 23 der Vertiefung zugekehrt ist. Durch die Stauplatte 23 und die Vertiefung 20 ist eine dritte Verteilungskammer 24 gebildet. Das genannte zweite und dritte Reaktionsgas werden durch die Wirkung ihrer Ausströmdrucke und die Stauplatte 23 in der dritten Verteilungskammer 24 homogen gemischt und die Mischung tritt durch den Zwischenraum zwischen der Stauplatte 23 und der Öffnung der Vertiefung in die zweite Verteilungskammer 4 ein. Dann erreicht dieses Mischgas die Reaktionskammer 2 durch die Verbindungsrohre 19, nachdem es weiterhin in der zweiten Verteilungskammer 4 homogen gemischt wurde.

In Figur 1 (A) bezeichnet das Bezugszeichen 5 eine plattenförmige Heizvorrichtung und 5a eine Ausgleichsplatte. Die Temperatur wird so eingestellt, daß die Halbleiterverbindung an der Oberfläche des Substrates hauptsächlich durch Strahlungshitze von oben wachsen kann. Die Heizvorrichtung ist aufgebaut, indem abwechselnd streifenförmige Ausschnitte 5' in einer Kohlenstoff-Graphit-Platte gebildet sind und Elektroden an beiden Enden angeordnet werden. Während es moglich ist, eine gleichmäßige Flächenerhitzung mit der Heizvorrichtung 5 für sich alleine zu erzielen, kann die Verwendung der Ausgleichsplatte 5a, welche unter der Heizvorrichtung 5 angeordnet ist, die Flächenheizung noch gleichmäßiger machen.

Bei Betrieb für MESFET-Epitaxie-Schicht-Wachstum wird die Reaktionskammer 2 mit Substraten 13 bestückt (deren Stirnflächen nach unten gerichtet sind). Dann wird die Vakuumkammer 2 evakuiert in einen Hochvakuumzustand und die Heizvorrichtung 5 wird elektrisch beaufschlagt, so daß die Heizvorrichtung Hitze erzeugen kann. Eine Gruppe V- Verbindung, wie AsH&sub3;, wird durch die erste Reaktionsgas- Zufuhrleitung 15 bei einer Substrattemperatur von ungefähr 500ºC in die Gasverteilungskammer 3 eingeleitet, um einen homogenen Verteilungszustand darin zu machen. Dann wird es durch die Verbindungslöcher 9, welche in der Oberfläche der Reaktionsgas-Verteilungskammer in gleichmäßigen Abständen angeordnet sind, in die Reaktionskammer 2 eingeleitet. In der Reaktionskammer 2 strümt das Gas, wie AsH&sub3;, zu der Auslaßöffnung 10, die in der Oberfläche der Umschließungsform der Reaktionskammer 2 in Umfangsrichtung verlaufend vorgesehen ist, und kontaktiert fein verteilt die Oberfläche der Substrate 13. Während der Strömung wird AsH&sub3; und dergleichen thermisch gespalten, um As&sub2; abzugeben. Danach wird eine Gruppe III-Verbindung, wie TEGa, aus dem zweiten Reaktionsgas-Zufuhrrohr 21 in die dritte Verteilungskammer 24 eingeleitet, nachdem die Temperatur der Substrate eine vorbestimmte Temperatur (600 - 650ºC) erreicht hat und zur gleichen Zeit wird eine Gruppe III- Verbindung, Triethylaluminium (TEAl) in die dritte Verteilungskammer 24 eingeleitet und mit erstgenanntem Reaktionsgas vermischt. Die Mischung wird in die zweite Verteilungskammer 4 eingeleitet und sie kommt zusammen mit As&sub2; in Kontakt mit der Oberfläche der Substrate und wächst auf dieser Oberfläche in Form einer ungedopten Galliumarsenid (GaAs) -Schicht oder dergleichen. Die unverbrauchte Verbindung, welche nicht in Kontakt mit den Substraten gekommen ist, verläßt die Reaktionskammer über die Auslaßöffnungen 10 unter Wirkung einer Absaugvorrichtung. Im vorliegenden Fall, da die Auslaßüffnung 10 durchgehend in Umfangsrichtung in der Umschließungswand der Reaktionskammer 2 gebildet ist, erfolgt die Absaugung des unverbrauchten Gases am ganzen Umfang der Umschließungswand, was hierdurch zu einer homogenen Verteilung des Reaktionsgases in der Reaktionskammer beiträgt. Dann wird ein n-Typ-Dopant entweder allein oder in Vermischung mit der oben genannten Gruppe III-Verbindung durch das zweite und/oder dritte Reaktionsgas- Zufuhrrohr 21, 22 in die dritte Verteilungskammer 24 eingeleitet und von dort durch die zweite Verteilungskammer 4 in die Reaktionskammer 2, so daß eine n-Typ- Aktivschicht auf der Oberfläche der ungedopten GaAs- Schicht wachsen kann. Danach wird die gesamte Gaszufuhr gesperrt und das System eine vorbestimmte Zeit gelassen wie es ist, und die Substrate 13 werden dann gekühlt und aus der Reaktionskammer 2 herausgenommen. Auf diese Weise können Halbleiter, welche eine gleichmäßige MESFET- Halbleiterschicht haben, erzeugt werden.

Auf diese Weise wird gemäß der Erfindung, da die Reaktionskammer 2, deren Kapazität kleiner ist als die der Vakuumkammer 1, in der Vakuumkammer 1 angeordnet ist und die Substrate in der Reaktionskammer, und weil in diesem Zustand das Reaktionsgas in einem Molekularstrahl-Zustand zugeführt wird, um es wachsen zu lassen, wenig Gas umsonst eingeleitet und der Ausnutzungsgrad des Reaktionsgases wird stark verbessert. In der Vorrichtung kann die Vakuumkammer 1 in einem hohen Grad evakuiert werden, und die Gruppe III-Verbindung, deren Dampfdruck gering ist, kann verwendet werden durch Vergasung so wie sie ist. Deshalb ist ein Trägergas zum Tragen der Verbindung nicht notwendig, so daß die Absaugbehandlung des Gases nach der Benutzung klein wird. Da insbesondere die Reaktionsgas Verteilungskammer neu angeordnet ist, die erste Reaktionsgas-Zufuhrleitung 15 nach unten gerichtet ist und ihre Endüffnung 16 ein Kragenteil 17 hat, ist das Reaktionsgas darin in einem homogenen, fein verteilten Zustand. Deshalb wird das Reaktionsgas in einem homogenen Zustand in die Reaktionskammer 2 eingeleitet, so daß die Bildung einer homogenen Halbleiterschicht auf einem großflächigen Substrat ausgeführt werden kann und eine Vielzahl von Substraten behandelt werden konnen, ohne sie zu drehen oder ohne Bewegungseinrichtung.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel werden vier Substrate 13 verwendet, aber die Zahl der Substrate ist nicht beschränkt hierauf, entweder einzelne oder eine Vielzahl ist richtig.

Figur 4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Folie 13', die aus Metall, wie rostfreiem Stahl oder dergleichen besteht, zylindrisch am Umfang der aus billigem rostfreiem Stahl bestehenden Verteilungskammer 4 angeordnet und austauschbar in geeigneter Weise befestigt. Das untere Teil dieser zylindrisch angeordneten Folie 13' ist schurzformig ausgebildet. Das Bezugszeichen 1a bezeichnet ein Deckelteil der Vakuumkammer 1, um die Folie 13' anzuordnen. Das Bezugszeichen 4a bezeichnet ein Kühlrohr aus rostfreiem Stahl, um die Verteilungskammer 4 zu kühlen. Im übrigen entspricht die Vorrichtung der Figur 1 (A).

Da unverbrauchte Reaktionsprodukte, welche die Reaktionskammer bei der Halbleiterschichtbildung verlassen, an der Oberfläche der zylindrlschen Folie 13' anhaften, werden als Ergebnis dieser Konstruktion andere Teile der Vakuumkammer in einem weiten Bereich vor Verschmutzungen geschützt. Dies ist der Fall, weil die Temperatur der zweiten Verteilungskammer gegenüber der der Reaktionskammer 2 relativ niedrig ist und sich unverbrauchtes Reaktionsmaterial vorzugsweise an das Teil anlagert, dessen Temperatur niedrig ist. Deshalb wird der Umfang der Verteilungskammer 4 durch die zylindrische Folie 13' vor Verschmutzung geschützt.


Anspruch[de]

1. Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitern, umfassend: eine Vakuumkammer (1), eine innerhalb der Vakuumkammer angeordnete Reaktionskammer (2), einen an der Decke (8) der Reaktionskammer (2) angeordneten Substrathalter zum Halten eines Substrates (13) auf solche Weise, daß das Substrat zur Reaktionskammer hin freiliegt, einen über der Reaktionskammer angeordneten Substraterhitzer (5) zum Erhitzen der Substrate, eine erste Reaktionsgas-Verteilungskammer (3), die unter der Reaktionskammer (2) angeordnet ist und mit ihr über Verbindungslöcher (9) in Verbindung steht, eine erste Reaktionsgas-Zufuhrleitung (15), deren eines Ende sich in die erste Reaktionsgas-Verteilungskammer (3) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Öffnung (16) an genanntem Ende der ersten Reaktionsgas- Zufuhrleitung, welches sich in die erste Reaktionsgas- Verteilungskammer (3) erstreckt, zur Bodenwand (14) der genannten ersten Kammer (3) hin öffnet und mit einem um die Öffnung (16) angeordneten Verteilerkragen (17) versehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner eine zweite Reaktionsgas-Verteilungskammer (4), die unter der ersten Reaktionsgas- Verteilungskammer (3) angeordnet ist und mit der Reaktionskammer (2) über Verbindungsrohre (19) in Verbindung steht, die sich von der Decke (14) der zweiten Reaktionsgas-Verteilungskammer (4) aus erstrecken, und eine Reaktionsgas-Zufuhrleitung (21) zur Zufuhr eines zweiten Reaktionsgases zur zweiten Reaktionsgas-Verteilungskammer aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2 weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß sich die Verbindungsrohre (19) zwischen der zweiten Reaktionsgas-Verteilungskammer (4) und der Reaktionskammer (2) von der Decke (14) der genannten zweiten Kammer aus in die Verbindungslöcher (9) zwischen der ersten Reaktionsgas-Verteilungskammer (3) und der Reaktionskammer hinein erstrecken.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3 weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß im Boden der zweiten Reaktionsgas-Verteilungskammer (4) eine Vertiefung (20) ausgebildet ist, die zweite (21) und eine dritte Gaszufuhrleitung (22) in die Vertiefung (20) münden und eine Stauplatte (23) im wesentlichen über der Öffnung der Vertiefung in die genannte zweite Kammer (4) hinein angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach irgendeinen der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Loch (11), mit einem Durchmesser der im wesentlichen dem eines Substrates (13) entspricht, in der Decke (8) der Reaktionskammer (2) vorgesehen ist und daß Substratauflagestücke am Umfang des oder jedes Loches (11) vorgesehen sind, um das Substrat in dem Loch zu halten.

6. Vorrichtung nach irgendeinen der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß sich ein Entleerung-Auslaß (10) im wesentlichen um die Seitenwand (7) der Reaktionskammer (2) herum erstreckt.







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