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Dokumentenidentifikation DE69108824T2 16.11.1995
EP-Veröffentlichungsnummer 0476774
Titel Kammer mit einer Warm- und einer Kaltzone und mindestens mit einem Gaszuführungsrohr.
Anmelder Philips Electronics N.V., Eindhoven, NL
Erfinder Foucher, Claude, F-75008 Paris, FR;
Maluenda, Jose, F-75008 Paris, FR
Vertreter Peuckert, H., Dipl.-Ing., Pat.-Ass., 22335 Hamburg
DE-Aktenzeichen 69108824
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument Fr
EP-Anmeldetag 17.09.1991
EP-Aktenzeichen 912023736
EP-Offenlegungsdatum 25.03.1992
EP date of grant 12.04.1995
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.11.1995
IPC-Hauptklasse C30B 25/14
IPC-Nebenklasse C30B 31/16   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Kammer mit einer Warmzone und einer Kaltzone auf seiner Längsachse, und wenigstens einem Gaseinlaßrohr.

Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine Reaktorkammer zur Durchführung von Wärmebehandlungen an Halbleiteranordnungen.

Die Erfindung findet ihren besonderen Anwendungsbereich in der Verwirklichung von Halbleiteranordnungen der III-V-Gruppe.

Eine Reaktorkammer nach obiger Angabe ist aus der europäischen Patentanmeldung EP-247 680 bekannt. Ihre Kammer hat neben einem Probenträger für ein zu behandelndes Substrat eine Vorrichtung zum Einlassen von Gasen direkt in die Warmzone, in der sich der Probenträger befindet. Diese Vorrichtung besteht aus mehreren zylindrischen konzentrischen Rohren, von denen das innerste Rohr in ein (oder in mehrere) Zwischenrohr(e) mündet, das bzw. die der Reihe nach in das äußerste Rohr mündet bzw. münden. Letztgenanntes Rohr mündet in der Nähe eines Substrats, das behandelt werden muß.

Das erwähnte Dokument befaßt sich ausschließlich mit dem Problem der Einfuhr der Gase in die Warmzone eines Dampfphasenepitaxiereaktors.

Die mit Epitaxialzüchtung verknüpften Probleme in der Dampfphase liegen in einem besonderen Bereich. Einerseits ist die gleichzeitig zu behandelnde Anzahl von Proben klein. Die Reaktorkammern haben demgemäß ein geringes Volumen.

Die mit der Epitaxialzüchtung verknüpften Probleme sind nicht dieselben Probleme wie die mit der Wärmebehandlung von Scheiben aus Halbleitermaterial verknüpften Probleme. Zunächst sei bemerkt, daß die Behandlung integrierter Schaltungen Stufen wie beispielsweise die der Ionenimplantation umfaßt, denen Wärmebehandlungen auf höheren Temperaturen folgen müssen.

Nunmehr erfahren bestimmte Halbleiterwerkstoffe, unter denen die Werkstoffe der III-V-Gruppe, eine Änderung in ihrer 0berflächenbedingung durch Zersetzung, wenn sie auf Temperaturen gebracht werden, die zur Durchführung dieser Wärmebehandlungen erforderlich sind. Eine Lösung dieses Problems besteht darin, daß die Wärmebehandlung in einem Gasfluß durchgeführt wird, der die Änderung der Oberflächenbedingung verhindert. Beispielsweise ist es erforderlich, die Proben einem Arsenfluß auszusetzen, um die Wärmebehandlung von Werkstoffen für integrierte Schaltungen auf Galliumarsenid durchzuführen. Dieser Fluß wird durch Cracken von Arsin (AsH&sub3;) auf höherer Temperatur in der Warmzone der Kammer des Reaktors während der Durchführung der Wärmebehandlung erhalten.

Die Verwendung von Gasen wie z.B. Arsin bei Wärmebehandlungen verursacht jedoch einige Probleme, die aus den Eigenschaften dieser Gase hervorgehen.

Das Hauptproblem liegt darin, daß auf diese Weise durch Zersetzung auf hoher Temperatur erhaltenen Gase anschließend in den Kaltzonen der Kammer an den Wänden kondensieren. Derartige Kaltzonen bestehen an beiden Seiten der Warmzone, an beiden Enden der Wärmebehandlungskammer.

Auch beim Ablauf der Wärmebehandlung, wenn der Probenträger aus der Kammer durch Translation entfernt wird, beispielsweise mit Hilfe eines Stiftes, durchlaufen die Proben notwendigerweise eine Kaltzone in der Nähe der durch Abscheidung infolge dieser Kondensation verunreinigten Wände.

Also wurde in der Praxis gefunden, daß Proben von Galliumarsenid mit einem Durchmesser von 2 oder 3 Zoll (etwa 5 bzw. 7,5 cm) mehr als 20000 Teilchen je Probe empfangen können.

Diese Teilchenablagerungen durch Verunreinigung der Kaltwände der Wärmebehandlungskammern sind außergewöhnlich nachteilig. Faktisch ändern sie weitgehend auf unvorteilhafte Weise die Leistungen der integrierten Schaltungen. Sie beziehen sich auf Proben, die bereits eine lange Bearbeitung hinter sich haben und sich also in einer Herstellungsstufe befinden, die auf einem Kostenpegel liegt, die nicht unbedeutend ist. Sie erfolgen an mehreren Proben gleichzeitig, weil die Wärmebehandlungen an Gruppen von etwa fünfzig Proben durchgeführt werden. Zusätzlich verursachen sie eine Streuung in der Leistung der Proben, die dadurch also weniger zuverlässig werden.

Außerdem bleiben diese Ablagerungen in den Kammern beim Ablauf der Wärmebehandlungen zurück. Es ist daher notwendig, die Wände zu entgiften. Es ist klar, daß sowohl die Proben als auch die verunreinigten Wände eine Gefahr für die Bediener bilden, die der Gefahr der unfreiwilligen Einatmung der Verunreinigungsteilchen bei der Schlußbehandlung der Proben oder bei der Entgiftungsbehandlung der Kammerwände ausgesetzt werden. Insbesondere beispielsweise bei Arsin, sind diese Verunreinigungsteilchen sehr giftig.

Außerdem dauert die Entgiftungsbehandlung der Kammerwände nach jeder Wärmebehandlung lange und ist kostbar im Hinblick auf die Herstellungszeit.

Dementsprechend wurde gefunden, daß die Probleme, die mit der Wärmebehandlung von Proben unter einem Gasfluß durch die Zersetzung von Verunreinigungsverbindungen auf höherer Temperatur entstehen, die auf einer niedrigeren Temperatur kondensieren können, ganz von jenen Problemen abweichen, die mit der Verwirklichung von Epitaxialschichten verknüpft sind. Es läßt sich feststellen, daß diese Probleme verhältnismäßig größer werden, wenn die Anzahl der Proben höher ist, die Wärmebehandlungskammern ein größeres Volumen haben, die betreffenden Gasmengen größer, die Behandlungstemperaturen höher und die Gase giftiger sind.

Andererseits können in anderen Technologiefeldern, in denen die Aufgabe darin besteht, eine Beschichtung auf Wänden des einen Anteils eines eingeschlossenen Raumes bis zum Ausschließen der Wände in einem anderen Anteil zu verwirklichen, Probleme entstehen, wenn das Beschichtungsmaterial in Form eines Gases eingeführt werden muß, um die geeignete Trennung zwischen dem Anteil, auf dem die Beschichtung anzubringen ist, und dem Anteil zu erhalten, durch den das Gas eingelassen wird.

Erfindungsgemäß werden die verschiedenen beschriebenen Probleme gelöst, wenn eine Kammer eingangs erwähnter Art dadurch gekennzeichnet ist, daß sie außerdem einen Wärmeisolierpfropfen enthält, der mit Mitteln zum Verlagern in der Längsrichtung zum Positionieren zwischen der Kaltzone und der Warmzone in einer Zwischenzone und Koppelmittel mit dem Rohr (den Rohren) zum Übertragen des (der) Gases (Gase) von einer der Warm- oder Kaltzonen durch das (die) Rohr(e) für ihre Verwendung(en) enthält.

So kann die Kammer als Wärmebehandlungskammer nach der Beschreibung im Anspruch 15 verwendet werden, und in diesem Fall werden die Möglichkeiten der Bildung von Verunreinigungsablagerungen in der Kaltzone sowie auch die Gefahren für den Bediener beseitigt, wenn die Gase durch die Koppelmittel der Warmzone zugeführt werden. Die Kammer kann außerdem Wärmebehandlungskammer verwendet werden, in der eine Beschichtung auf den Wänden angebracht werden muß, wobei in diesem Fall der Pfropfen das Gebiet, das von der Beschichtung frei bleiben muß, auf wirksame Weise vom Gebiet trennt, das die Beschichtung erhalten muß.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Kammer mit einem Wärmeisolierpfropfen mit zwei Einläße und mit einer Probenträgerhalterung,

Fig. 2 einen Querschnitt auf derselben Achse durch den Wärmeisolierpfropfen allein,

Fig. 3 denselben Pfropfen in schematischem Querschnitt auf der Linie A- A' in Fig. 2,

Fig. 4 einen Vergleich der Zahlen von Verunreinigungsteilchen auf Scheiben, die eine Wärmebehandlung in einer erfindungsgemäßen Kammer und in einer Kammer nicht entsprechend der Erfindung erfahren haben.

In Fig. 1 ist in schematischem Längsschnitt eine Kammer 100 dargestellt, die mit einem Herstellungsverfahren für Halbleiteranordnungen verwendbar ist, insbesondere als Wärmebehandlungskammer für Halbleiteranordnungen der III-V- Gruppe mit den Elementen Arsen (As) und Gallium (Ga).

Diese Kammer hat eine große Abmessung, wenn parallel zur Längsachse XX' gemessen, und kleinere Abmessungen, wenn in der Querrichtung gemessen.

In der Beschreibung weiter unten wird davon ausgegangen, daß es zur Durchführung der Erfindung sehr vorteilhaft ist, wenn die Kammer zylindrisch ist, d.h. daß sie einen kreisförmigen Querschnitt senkrecht zur Ebene der Fig. 1 hat und einen geringen Durchmesser im Vergleich zur Längsabmessung auf XX'.

Die Kammer enthält einen ersten Anteil 1 oder Warmzone, der mit einer Erwärmungseinrichtung 112 auf höhere Temperaturen gebracht wird, die nicht mit weiteren Einzelheiten hier beschrieben wird, weil sie dem Fachmann bekannt ist.

Die Kammer enthält, wenn in der Richtung der Längsachse XX' gesehen, eine Zone 2, die mit Kaltzone bezeichnet wird, da sie nicht mit Erwärmungsmitteln versehen ist. Die Kaltzone 2 liegt zum Beispiel auf Umgebungstemperatur.

Zwischen der Zone 1 und der Zone 2 liegt die Zwischenzone 3, in der die Temperatur zwischen der der Warm- und der Kaltzone liegt.

Auf vorteilhafte Weise wird die Zwischenzone 3 thermisch isoliert, um ihre Temperatur möglichst konstant zu halten, beispielsweise mit Hilfe eines Isoliermantels 31 um die Wände 101 der Kammer in diesem Bereich 3.

Im Zwischenbereich 3 ist ein Rohr 32 vorgesehen, das in die Wand 101 der Kammer mit der Mündung 33 mündet. Das Rohr 32 und die Mündung 33 haben einen Querschnittsoberflächenbereich S&sub1;.

Mit dem Verfahren zur Durchführung einer Wärmebehandlung von Halbleiteranordnungen der III-V-Gruppe wird ein Arsingas (AsH&sub3;) durch das Rohr 32 auf Umgebungstemperatur oder eine Mischung von Arsingas und einem Neutralgas beispielsweise von Wasserstoff, eingeführt.

Zur Verhinderung von Änderungen im Oberflächenzustand der Halbleiteranordnungen, wobei diese Änderungen das Ergebnis von Wärme während der Wärmebehandlung sind, wird diese Wärmebehandlung in einer Arsinatmosphäre (As) ausgeführt, die durch Cracking von Arsin auf der Wärmebehandlungstemperatur und in geeigneten Mengen erhalten wird.

Das Arsin muß dementsprechend durch das Einlaßrohr 32 der Warmzone 1 der Kammer zugeführt werden.

Andererseits muß dem Arsen nicht die Möglichkeit gegeben werden, sich auf kalten Wänden abzuscheiden, an denen es kondensiert und damit eine Verunreinigungsschicht bildet, die aus Teilchen besteht, die sich nach der Wärmebehandlung anschließend auf die Proben ablagern, wenn diese Proben aus der Kammer herausgenommen werden und dabei notwendigerweise die Kaltzone passieren müssen.

Während einer Wärmebehandlung mit Einschluß eines Verunreinigungsgases wie des Arsens, das durch Cracking des Arsins erhalten wurde, wird dafür ein Wärmeisolierpfropfen 30 in der Zwischenzone 3 angeordnet, um Kondensation der Gase in der Warmzone 1 an den Wänden der Kammer in der Kaltzone 2 und damit einen Gasfluß von der Warmzone 1 nach der Kaltzone 2 zu verhindern.

Der Wärmeisolierpfropfen 30 befindet sich also im Bereich der Mündung 33 des Rohres 32 und wird mit Hilfe eines Anschlags 34 in diese Position gebracht, an den seine Oberfläche 35a anläuft.

In diesem Fall ist der Wärmeisolierpfropfen 30 mit einer rohrförmigen Öffnung 36 versehen, um die Möglichkeit der Zufuhr des Gases durch das Rohr 32 nach der Warmzone 1 der Kammer zu geben.

Diese rohrförmige Öffnung 36 nach Fig. 2, die einen Längsschnitt durch den Pfropfen 30 auf der Achse X-X' ist, enthält einen ersten im wesentlichen radialen Anteil 36a und einen zweiten im wesentlichen axialen Anteil 36b, d.h. parallel zur Achse XX', und ist gleichzeitig im wesentlichen im Querschnitt des Steckers zentriert, wie in Fig. 3 dargestellt, die einen Querschnitt auf der Achse A-A' in Fig. 2 darstellt.

Die Position des radialen Anteils 36a der zylinderförmigen Öffnung ist derart angeordnet, daß die Mündung 37 des radialen Anteils 36a auf der externen Oberfläche des Pfropfens 30 mit der Mündung 33 des Rohres 32 der Kammer zusammenfällt, wenn der Pfropfen an dem Anschlag 34 liegt.

Also tritt das durch das Rohr 32 in den zylinderförmigen Anteil 36a eingeführte Gas in die Warmzone 1 der Kammer durch den zylinderförmigen Anteil 36a ein und die Produkte der Cracking, die in der Warmzone 1 erfolgt, kann die Kaltzone 2 nicht verunreinigen, weil sie mittels des Wärmeisolierpfropfens 30 isoliert ist.

Jedoch gibt es zwischen den externen Wänden des Pfropfens 30 und der inneren Wände der Zwischenzone 3 einen kleinen Zwischenraum 102, die zum Verschieben des Pfropfens an den Anschlag 32 erforderlich ist. Bei der Verwendung stark verunreinigender, stark giftiger und gefährlicher Reaktionsgase wie Arsin wird erwogen, daß der Zwischenraum 102 immer noch eine zu große Entweichungsöffnung ist, und daß die Reaktionsgase in die Kaltzone 2 durch diese Entweichungsöffnung noch in einer außergewöhnlich hohen Menge statt des Pfropfens eintreten können. Daher wird dafür gesorgt, daß ein nicht reagierendes Gas ebenfalls in die Kammer als Vektorgas, beispielsweise Wasserstoff, eingeführt wird. Dieses Gas wird durch den Zwischenraum 102 in derselben Richtung wie das Reaktionsgas eingespritzt, um als Wirkung ohne Rückkehr zu dienen.

Zu diesem Zweck befindet sich, siehe Fig. 1, in der Kaltzone 2 ein Rohr 12, das in die Kammer durch eine Mündung 13 mündet, die in der Wand 101 gebildet ist.

Also wenn der Pfropfen am Anschlag 34 liegt, dringen die durch die Rohre 32 und 12 eingeführten Gase in die Kanäle 36 bzw. 102, in die Nutzzone, hier die Warmzone 1 durch.

Die Summe der Querschnitte der Kanäle 36 und 102 ist im wesentlichen gleich der Summe der Querschnitte der Gaseinlaßrohre 32 und 12, um Turbulenzen während des Gasflusses zu vermeiden und zu erreichen, daß das durch den Kanal 102 eingeführte Vektorgas einen Effekt ohne Rückkehr erzeugt.

Für die Einführung der verschiedenen erforderlichen Elemente zum Durchführen der Herstellungsverfahren für integrierte Schaltungen, wie beispielsweise eine Probenträgerhalterung 110 oder den Pfropfen 30, kann die Kammer 100 auf dem Pegel der Ränder 103-104 geöffnet werden. Der hermetische Verschluß der Kammer in dem Zustand, in dem sie für die Wärmebehandlung bereit steht, wird beispielsweise dadurch erhalten, daß die Ränder 103-104 sich um eine ringförmige Abdichtung 105 aufeinander zubewegen.

Der Pfropfen 30 wird mit einer Schubbewegung in der Kaltzone 2 der Kammer bis zur Oberfläche des Anschlags 34 geführt. Diese Schubbewegung wird insbesondere durch den Zwischenraum 102 erleichtert, der keine Gefahr mehr darstellt, da für den Antrieb eines Gases mit einer Aufgabe ohne Rückkehr gesorgt wird.

Ein mit der Oberfläche 35b gekoppelter Stab, die Rückfläche des Pfropfens 30, ist zum Handhaben des Pfropfens vorgesehen, wenn die Kammer mit dem Abschlußsystem 103, 104, 105 geschlossen ist. Dieser Stab setzt sich außerhalb der Kammer fort, aus der der durch eine herkömmliche Abdichtbüchse 24 herausragt.

Vorzugsweise ist die Abdichtbüchse 24 in einem Rohr 23 angeordnet, das parallel zur Längsachse XX verläuft. Der mit dem Pfropfen 30 gekoppelte Stift 40, das Rohr 23 und der Pfropfen 30 werden ausgerichtet. Die Schubbewegung des Pfropfens 30 in der Kaltzone 2 der Kammer und seine Positionierung am Anschlag im Zwischenanteil 3 werden durch den Stift 40 erleichtert, der an der Außenseite der Kammer gehandhabt werden kann.

Zum Herstellen der Halbleiteranordnungen muß die Kammer derart

positioniert werden, daß die Längsachse XX' horizontal ist. Außerdem muß sie mit einem Probenträger versehen werden, und vorzugsweise ist dieser Probenträger ein Schiffchen 110 zum Tragen von etwa fünfzig Scheiben, die sich dabei in vertikaler Position für eine Wärmebehandlung der Scheiben aus Halbleitermaterial eine Wärmebehandlung befinden.

Der Träger 110 ist mit einem Stift 111 gekoppelt, um nach dem Einführen mit der Vorrichtung 103, 104, 105 gehandhabt zu werden. Dieser Stift ist lang genug zum Erreichen der Außenseite der Kammer, wenn der Träger sich in der Warmzone 1 befindet. Außerdem verläuft der Stift 111 parallel zur Längsachse XX'. An seinem nicht mit dem Träger gekoppelten Ende tritt der Stift 111 aus der Kammer durch eine herkömmliche Abdichtbüchse 25 am Ende des Rohres 26 der Kammer parallel zur Achse XX' aus.

Das Einlaßrohr 12 für das Trägergas kann in den Längswänden dieses Endrohres 26 angeordnet werden.

Also läßt sich der Träger 110 leicht mit Hilfe des Stabes 111 entfernen, der damit in der Kammer gekoppelt ist, wenn letztgenannte Kammer mit der Vorrichtung 103, 104, 105 geschlossen ist.

Wenn ein derartiges Schiffchen vorgesehen ist, bildet der Stift 40 zum Positionieren des Pfropfens 30 vorzugsweise mit dem Pfropfen keine Einheit, während der mit dem Träger 110 gekoppelte Stift 111 eine Einheit mit dem Träger bildet. Um dementsprechend die Elemente anzuordnen, wird das Schiffchen zunächst eingeführt, anschließend wird mit dem Stift 40 ein Druck auf den Pfropfen ausgeübt, der dabei zurückbewegt wird, ohne vollständig herausgezogen zu werden. Um die Elemente aus der Kammer heraustreten zu lassen, genügt es, eine Ziehkraft auf den Stift 111 auszuüben, der eine Einheit mit dem Schiffchen bildet. Diese Bewegung macht es möglich, den Pfropfen 30 und das Schiffchen 110 gleichzeitig zu rekuperieren.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung für die Anwendung, bei der Halbleiteranordnungen bearbeitet werden, besteht die Kammer 100 aus Quarz sowie auch der Pfropfen 30.

Die Rohre 32 und 12 bestehen ebenfalls aus Quarz sowie auch die Stifte 111 und 40.

Wenn der Pfropfen 30 aus Quarz hergestellt werden muß und zum Erhalten seiner thermischen Isoliereigenschaften, enthält dieser Pfropfen Quarzwände 35a parallel zur Achse XX' und die Wände 35a und 35b stehen im wesentlichen senkrecht auf die Achse XX'. Die Wand 35a wird mit Vorderwand bezeichnet, d.h. sie ist der Probenträgerhalterung zugewandt, während die Wand 35b mit Rückwand bezeichnet wird, d.h. sie ist mit dem Verschiebungsmittel für den Pfropfen gekoppelt, der durch den Stift 40 gebildet wird.

Vorzugsweise haben die Wände 35a und 35b des Pfropfens eine sphärische Form, um Gasturbulenz zu vermeiden, wobei der konkave Anteil dem Träger zugewandt ist, d.h. dem Inneren der Warmzone der Kammer, und der Konvexanteil der Außenseite oder der Kaltzone der Kammer zugewandt ist.

Die Rohre 36a, 36b, 36c sind Quarzrohre in Verbindung mit den Wänden 35c, 35a bzw. 35b. Die Wärmeisoliereigenschaft wird dabei durch Verwirklichung eines Vakuums im inneren Anteil des Pfropfens erhalten, der hohl ist, beispielsweise durch ein Auslaßrohr 38, das anschließend gebildet wird und dessen Länge reduziert wird, um die Möglichkeit des möglichen Einbaus des Pfropfens in die Kammer zu bieten.

In Fig. 2 ist dargestellt, daß der Wärmeisolierpfropfen 30 für die Anwendung in einer zylindrischen Quarzkammer ebenfalls zylindrisch ist, wobei der Außendurchmesser etwa kleiner ist als der Innendurchmesser der Kammer, um den Zwischenraum 102 mit einem ringförmigen Querschnittsbereich S&sub2; zu behalten, der das Einschieben in die Kammer ermöglicht.

Eine geringe Einengung 37' wird vorzugsweise für den Übergang zwischen der Mündung 37 des Rohres 36a und der Wand 35c des Pfropfens angeordnet. Dies ist eine reine Frage der praktischen Fachmannschaft von der Seite des Bedieners, der den Pfropfen aus Quarz herstellt, und trägt auf keiner Weise zur Erfindung bei.

Wenn eine Wärmebehandlung im Reaktor an integrierten Schaltungen aus III-V-Material durchgeführt wird, das Arsen und Gallium in einem Arsinfluß enthält, liegt die Temperatur in der Warmzone 1 für die Wärmebehandlung selbst und für das Kracken von Arsin in der Größenordnung von 850ºC, d.h. zwischen 700 und 1000ºC. Die Temperatur der Zwischenzone 3 beträgt dabei zwischen 270 und 330ºC, also im wesentlichen 300ºC. Die Kaltzone 2 liegt auf Umgebungstemperatur. Also ist der Temperaturunterschied zwischen der Warmzone und der Kaltzone groß.

Also wird das durch Kracking des Arsins in der Warmzone 1 erhaltene Arsen nicht auf einem der Kammeranteile abgeschieden, wobei die Probenträgerhalterung 110 derart ausgeführt sein kann, daß sie beim Herausnehmen aus der Kammer durch die Öffnung der Vorrichtung 103, 104, 105 gehen kann.

In einem erfindungsgemäßen anderen Ausführungsbeispiel der Wände einer Zone der Kammer, beispielsweise zylindrisch aus einem beliebigen Werkstoff, muß eine Ablagerung angeordnet werden, beispielsweise durch Cracken einer Gasmischung, mit Ausnahme der Wände der anderen Zone. In diesem Fall ist ein oben beschriebener Pfropfen, der nicht unbedingt mit dem Kanal 36 angeordnet zu werden braucht, sondern ausschließlich mit dem Zwischenraum 102, derart angeordnet, daß das Ende der Kammer gegen die Abscheidung geschützt wird. Das Gas wird dabei durch diesen letztgenannten Anteil eingeführt, der dementsprechend ohne Ablagerung gehalten wird und durch den Zwischenraum 102 des Pfropfens nach der zweiten Zone weitergeht, in der sie gecrackt wird und die Zerlegungsprodukte auf den Wänden abgeschieden werden. Also ist die Erfindung bei der Vorbereitung von rohrförmigen Quarztiegeln bei der Verwendung in der Metallurgie für II-VI-Werkstoffe direkt anwendbar, wie zum Beispiel CdTe, und diese Tiegel erfordern eine Kohlenstoffbeschichtung durch Cracking von Methan auf hoher Temperatur.

Einerseits muß die Ablagerung homogen sein, während andererseits der Übergang an einer genau bestimmten Stelle des Tiegels sprunghaft erfolgen muß, um eine Zone zu erhalten, die absolut frei von einer Ablagerung ist, wenn die endgültige Abdichtung der Vorrichtung vor der Kristallzüchtung des II-VI-Materials mit dem Bridgman-Verfahren durchgeführt wird.

Wenn die erfindungsgemaße Kammer für Wärmebehandlungen mit Arsin oder mit einem anderen Gas verwendet wird, die sowohl eine Verunreinigung für die Proben bildet als auch giftig für den Bediener ist, ist es nicht mehr notwendig, die Kaltzonen zu entgiften. Außerdem ist die Anzahl zurückbleibender verunreinigender Partikel auf den Proben selbst wesentlich verringert, wie in Fig. 4 dargestellt. In Fig. 4 ist eine Kurzfassung des Verunreinigungsmaßes dargestellt, das mit einem Analysator für die Anzahl von Teilchen auf Scheiben mit einem Durchmesser von 2 Zoll (etwa 5

cm) gemessen wird. Jede Messung entspricht dem mittleren Wert jeder Behandlung der Anzahl von N Teilchen auf einer Gruppe von etwa vierzig Scheiben aus II-V-Halbleitermaterial. Die Werte der Anzahl von N Teilchen auf 12 Gruppen von Scheiben nach der Behandlung in einer erfindungsgemäßen Kammer werden mit ausgezogenen Linien angegeben (die Gruppen werden mit den Bezugsziffern 1 bis 12 bezeichnet). Die Werte der Anzahl von N Teilchen auf den Scheibengruppen nach der Behandlung in einer Kammer ohne die erfindungsgemäßen Mittel sind mit gestrichelten Linien angegeben, wobei die Gruppen die Bezugsziffern A bis L tragen. Ersichtlich ist, daß im Mittel das Verunreinigungsmaß um den Faktor 10 reduziert ist.

Die Gesundheit des Bedieners ist auf diese Weise besser geschützt. Das industrielle Herstellungsverfahren von Halbleiterschaltungen ist außerdem einfacher, schneller und viel preisgünstiger dadurch, daß eine empfindliche Entgiftungsbehandlung überflüssig gemacht wird.

Mit der Kammer können zum Vermeiden der Verunreinigung seines Endes, durch das die Gase abgeführt werden, einfache Mittel gekoppelt werden. Faktisch ist das Problem der Verunreinigung der Kaltzone, das mit dieser Erfindung gelöst wird, hauptsächlich schwierig lösbar dadurch, daß eine Entfernungseinrichtung für die Probenträgerhalterung in dieser Zone angebracht werden muß. Am anderen Ende der Kammer ist das Problem von einer anderen Art, und wird hier nicht weiter behandelt, da es keinen Teil der vorliegenden Erfindung als solche bildet.


Anspruch[de]

1. Kammer mit einer Warmzone und einer Kaltzone auf seiner Längsachse, und wenigstens ein Gaseinlaßrohr, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Wärmeisolierpfropfen enthält, der mit Mitteln zum Verlagern in der Längsrichtung zum Positionieren zwischen der Kaltzone und der Warmzone in einer Zwischenzone und Koppelmittel mit dem Rohr (den Rohren) zum Übertragen des (der) Gases (Gase) von einer der Warm- oder Kaltzonen durch das (die) Rohr(e) für ihre Verwendung(en) enthält.

2. Kammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelmittel ebenfalls die Anwendung eines Gaseinlaßrohrs in einer der Kammerwände in einer der Warm- oder Kaltzonen enthalten, und zwischen den externen Längswänden des Pfropfens und den inneren Wänden der Kammer für die Gleitlagerung des Pfropfens und für die Strömung des Gases aus der Einlaßzone in die andere Zone, oder auch Nutzzone, einen Zwischenraum enthält.

3. Kammer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelmittel die Anwendung eines Gaseinlaßrohrs in einer Längswand der Kammer in der Zwischenzone, und eine im Pfropfen angebrachte zylinderförmige Öffnung mit einem radialen auf eine externe Längswand des Pfropfens gerichteten Anteil, in einer der Warm- oder Kaltzonen enthalten, und einen axialen auf der Längsachse der Kammer und des Pfropfens auf die Warm- oder Kaltzone für den Gasgebrauch gerichteten Anteil enthält, und daß diese Mittel außerdem einen Anschlag zum Positionieren des Pfropfens an der Stelle enthalten, an der der radiale Anteil ihrer zylinderförmigen Öffnung mit diesem Gaseinlaßrohr fluchtet.

4. Kammer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlagerungsmittel die Gleitlagerung der externen Längswänden des Pfropfens entlang der inneren Längswänden der Kammer unter der Einwirkung einer Längstranslationsbewegung auf einen mit dem Pfropfen gekoppelten Schaft enthalten, möglicherweise als Einheit mit dem Pfropfen.

5. Kammer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtgleitenden externen Wände des Pfropfens sphärisch sind, wobei die Konvexität der Gaseinlaßzone zugewandt ist.

6. Kammer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Pfropfen einen inneren Anteil ohne festes Material enthält, der durch seine externen Wände und die Wände seiner Rohre begrenzt werden, und daß er außerdem einen Pumpstengel zum Evakuieren dieses inneren Anteils vor der Benutzung der Kammer mit dem Pfropfen enthält.

7. Kammer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie beispielsweise zum Glühen von Halbleiteranordnungen ein Probenträgerschiffchen sowie Positioniermittel für das Schiffchen in der Warmzone enthält, die ebenfalls die Nutzzone der Gase ist.

8. Kammer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniermittel für das Schiffchen aus einem Gleitstift durch den isothermischen Pfropfen parallel zur Längsachse der Kammer und des Pfropfens in einer im Pfropfen angebrachten zylinderförmigen Öffnung besteht.

9. Kammer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Anteil der im Pfropfen angebrachten zylinderförmigen Öffnung für den Gaseinlaß mit einem Anteil der im Pfropfen angebrachten zylinderförmigen Öffnung zum Gleitlagern des Positionierstifts für das Schiffchen zusammenfällt.

10. Kammer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Quarz besteht.

11. Kammer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Pfropfen aus Quarz besteht.

12. Kammer nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie zylindrisch ist sowie auch sind es die externen Gleitwände des Pfropfens.

13. Kammer nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Gebiete der Abschnitte der Gaseinlaßrohre in den Wänden der Kammer gleich der Summe der Gebiete des Abschnitts des Zwischenraums zwischen externen und inneren Wänden des Pfropfens bzw. der Kammer und des Abschnitts der im Pfropfen angebrachten rohrförmigen Öffnung für den Gasdurchfluß ist.

14. Kammer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie zum Einführen des Schiffchens und des Pfropfens in der Kaltzone einen mittels eines Ringgelenks aufsteuerbaren Anteil zum Einführen des Schiffchens und des Pfropfens enthält, und daß sie an der anderen Seite der Warmzone Gasextraktionsmittel enthält.

15. Dampfphasenverfahren zum Herstellen von Halbleiteranordnungen der Gruppe III-V oder II-VI mit einem Zersetzungs- und Glühschritt, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Glühschritt in einer Kammer nach einem der Ansprüche 7 bis 14 erfolgt.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur in der Warmzone, d.h. der Glühzone, in der Gabel 700 bis 1000ºC beträgt, die Temperatur in der Zwischenzone in der Gabel 270 bis 330ºC beträgt und die Temperatur in der Kaltzone niedriger ist als die der Zwischenzone und beispielsweise auf der Umgebungstemperatur.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterproben aus einem Werkstoff III-V mit Arsen und Gallium bestehen.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein durch das Rohr der Kammer in der Zwischenzone eingeführtes Gas Arsin ist, und wenigstens ein durch das Rohr der Kammer in der Kaltzone eingeführtes Gas als Vektorgas benutzter Wasserstoff ist, wobei das Arsin ein Cracking-Verfahren in der Warmzone erfährt, um das Arsen zu erhalten.







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