DE102008047955A1 - Method for production of semiconductor layers, involves providing substrate and producing aerosol and liquid droplets, which are chemically combined with semiconductor material - Google Patents

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Abstract

The method involves providing a substrate (2) and producing aerosol and liquid droplets, which are chemically combined with semiconductor material. The liquid droplets are negatively ionized, where the droplets are ionized and accelerated in an electric field. The ion beam generates electric field and directs into the substrate. An independent claim is device for production of semiconductor layers on a substrate.

Description

Zur Erzeugung von Halbleiterschichten auf Substraten ist es bekannt unter entsprechenden Prozessbedingungen eine polykristalline Schicht aus einer Flüssigkeit auf dem Substrat aufwachsen zu lassen. Die Flüssigkeit aus dem die polykristalline Schicht erzeugt wird, ist Silan oder German, je nach dem ob eine Silizium- oder ein Germaniumhalbleiter hergestellt werden soll.to Production of semiconductor layers on substrates is known under appropriate process conditions, a polycrystalline layer from a liquid growing up on the substrate. The liquid from the polycrystalline layer silane or German, depending on whether a silicon or a germanium semiconductor is to be produced.

Die Prozessbedingungen, die hierbei erforderlich sind, sind aufwendig und verteuern die Herstellung der Halbleiterschicht enorm.The Process conditions that are required here are expensive and make the production of the semiconductor layer enormously expensive.

Es ist ferner bekannt die Halbleiterschicht mit Hilfe von Ionenstrahlepitaxie zu erzeugen. Hierbei wird ein Ionenstrahl aus Siliziumatomen erzeugt, der auf das Substrat gerichtet ist. Aufgrund der hohen Aufprallenergie ist die energieärmste Form das entsprechende Siliziumkristall auf der Substratoberfläche.It Furthermore, the semiconductor layer is known by means of ion beam epitaxy to create. Here, an ion beam of silicon atoms is generated, which is directed to the substrate. Due to the high impact energy is the least energetic Shape the corresponding silicon crystal on the substrate surface.

Ionenstrahlepitaxie ist ebenfalls aufwendig, denn es muss ein hinreichend gutes Vakuum bereit gestellt werden.Ionenstrahlepitaxie is also expensive, because it has a sufficiently good vacuum to be provided.

Aus einer älteren, nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung ist es bekannt die Halbleiterschicht zu erzeugen, indem auf das Substrat mit einer dünnen Silan- oder German schicht aufgebracht wird. Diese Schicht enthält Kristallisationskeime in Form von gemahlenen Silizium. Der so beschichtete Träger wird aufgeheizt, wodurch sich aus dem Silan das Silizium ausscheidet und als Kristall an der Substratoberfläche aufwächst. Dieses Verfahren ist kostengünstiger als die Übrigen Verfahren.Out an older, not previously published patent application It is known to produce the semiconductor layer by applying to the Substrate with a thin Silane or German layer is applied. This layer contains crystallization nuclei in the form of ground silicon. The thus coated carrier becomes heated, which separates out of the silane, the silicon and growing as a crystal at the substrate surface. This procedure is cost-effective as the rest Method.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung ein neues Verfahren und eine neue Vorrichtung zu schaffen, mit der kostengünstig Halbleiterschichten auf Substraten oder anderen Halbleiterschichten erzeugt werden können.outgoing It is an object of the invention, a new method and a to create a new device with the most cost-effective semiconductor layers Substrates or other semiconductor layers can be generated.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass ein Substrat bereit gestellt wird, auf dem die Halbleiterschicht erzeugt werden soll. Das Substrat kann entweder ein nacktes Substrat sein oder ein Substrat auf dem sich bereits eine Halbleiterschicht befindet.at the method according to the invention is provided that a substrate is provided on the the semiconductor layer is to be generated. The substrate can either a bare substrate or a substrate already on it a semiconductor layer is located.

Es wird ferner ein Behälter bereit gestellt, in dem sich Silan oder German oder eine Mischung aus beidem befindet. Diese Flüssigkeit wird mit Hilfe einer Hochdruckpumpe einem Ventil zugeführt, dessen Ventilverschlussglied mit hoher Frequenz geöffnet und geschlossen wird. Derartige Düsen enthalten Piezoelemente zum Antrieb des Ventilverschlussglieds. Die Piezoelemente werden mit einer Wechselspannung zwischen 5.000 und 10.000 Hz angesteuert. Derartige Düsen finden als sogenannte Hochdruckeinspritzdüsen beispielsweise bei Dieselmotoren mit der Common-Rail-Technik Anwendung und sind auf dem Markt ohne weiteres verfügbar. Es handelt sich hierbei um Massenware.It also becomes a container provided in which silane or German or a mixture from both. This liquid is supplied by means of a high pressure pump to a valve whose valve closure member open at high frequency and is closed. Such nozzles contain piezo elements for driving the valve closure member. The piezo elements are with an AC voltage between 5,000 and 10,000 Hz. Such nozzles find as so-called high-pressure injection nozzles, for example in diesel engines with the common rail technology application and are readily available on the market. It is mass-produced.

Mit Hilfe dieser Ultraschallbereich arbeitenden Düse wird ein Aerosol mit sehr feinen Tröpfchen erzeugt. Das Aerosol kann mit Hilfe einer zur Ultraschallschwingungen angeregten Lavaldüse noch weiter atomisiert werden, wodurch einzelne Cluster aus Silan/German entstehen, die um die 200 bis ca. 1.000 Moleküle enthalten. Mit Hilfe einer Ionisiereinrichtung wird der Silan-/Germanstrom ionisiert um anschließend im elektrischen Feld auf die notwendige Geschwindigkeit/Energie beschleunigt werden zu können, die erforderlich ist, damit das Silan/German, das auf die Substratoberfläche bzw. die dort vorhandene Halbleiterschicht auftrifft, auskristallisiert.With Help this ultrasonic range working nozzle becomes an aerosol with a lot produced fine droplets. The aerosol can be excited by means of an ultrasonic vibration Laval be further atomized, creating individual clusters of silane / German arise, which contain about 200 to about 1,000 molecules. With the help of a Ionizing the ionizing ion of the silane / German current to subsequently in electric field accelerates to the necessary speed / energy to be able to which is necessary for the silane / german, which on the substrate surface or the semiconductor layer present there impinges, crystallizes out.

Aufgrund des neuen Verfahrens entsteht eine Halbleiterschicht, die gerichtet kristallisiert ist und keine ”Klumpen” enthält. Die Schicht hat einen ähnlichen Aufbau, wie eine Schicht, die durch Ionenstrahlepitaxie erhalten ist, d. h. es wird eine Halbleiterschicht erzeugt mit sehr hoher Qualität über die gesamte Fläche.by virtue of of the new process creates a semiconductor layer that is directed crystallized and contains no "lumps". The Layer has a similar Structure, such as a layer obtained by ion beam epitaxy is, d. H. a semiconductor layer is produced with a very high level Quality over the whole Area.

Ein wesentlicher Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass lediglich eine Schützgasatmosphäre beispielsweise Argon erforderlich ist. Es nicht notwendig aufwendig ein Vakuum herzustellen. Dementsprechend treten auch keine Abdichtungsprobleme auf, und das Verfahren eignet sich besonders gut zur fortlaufenden Produktion von Halbleiterschichten auf einem kontinuierlich durchlaufenden Band. Der Druck der Argonatmosphäre kann bei normalem Luftdruck liegen, d. h. ca. ein bar oder darüber, so dass Sauerstoff und Stickstoff aus der Luft in den Prozessraum nicht eindringen können.One The essential advantage of this method is that only a contact gas atmosphere, for example Argon is required. It is not necessary consuming a vacuum manufacture. Accordingly, there are no sealing problems on, and the method is particularly good for continuous Production of semiconductor layers on a continuous line Tape. The pressure of the argon atmosphere can be at normal air pressure, d. H. about a bar or above, so that oxygen and nitrogen from the air in the process room are not can penetrate.

Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens umfasst erfindungsgemäß eine Quelle für Silan oder German. Hierbei handelt es sich um einen druckfreien Flüssigkeits speicher. An diesem Speicher ist eine Hochdruckpumpe angeschlossen, die das Silan/German absaugt und mit einem Druck von ca. 2.000 bar der Zerstäubungseinrichtung zuführt. Nach dem Zerstäuben oder Atomisieren des Silans/Germans oder der Mischung aus beidem wird der erhaltene Aerosolstrahl ionisiert und zwar mit Hilfe einer Elektronenquelle. Die Elektronenquelle ist so ausgerichtet, dass die Elektronen quer zu dem Aerosolstrahl fliegen.The Apparatus for carrying out This method according to the invention comprises a source of silane or German. This is a pressure-free liquid storage. At this memory, a high-pressure pump is connected to the Silane / German sucks and with a pressure of about 2,000 bar the atomizer supplies. To sputtering or atomizing the silane / german or the mixture of both the resulting aerosol jet is ionized by means of a Electron source. The electron source is aligned so that the electrons fly across the aerosol jet.

Mit Hilfe eines nachgeschalteten elektrischen Feldes wird der ionisierte Aerosolstrahl weiter beschleunigt und trifft auf das Substrat bzw. die auf dem Substrat erzeugte Halbleiterschicht auf. Dort entsteht die entsprechende Kristallschicht.With Help of a downstream electric field becomes the ionized one Aerosol jet further accelerated and impinges on the substrate or the semiconductor layer formed on the substrate. There arises the corresponding crystal layer.

Bei dem Substrat genügt es, dass es zumindest geringfügig elektrisch leitend ist. Für den Fall, dass das Substrat über die gesamte Fläche nicht homogen elektrisch leitend ist, besteht die Möglichkeit, die Beschleunigungsspannung zwischen der Ionisiereinrichtung und einer Elektrode anzulegen, die sich aus der Sicht des Ionenstroms hinter dem Substrat befindet und elektrisch leitend ist.at the substrate is sufficient it that at least slightly is electrically conductive. For the case that the substrate over the entire area is not homogeneous electrically conductive, there is the possibility of the Acceleration voltage between the ionizer and a Apply electrode, which is from the point of view of the ion current behind is the substrate and is electrically conductive.

Bei dem Substrat kann es sich um eine Metallfolie oder ein textiles Flächengebilde aus einem metallischen oder nicht metallisch elektrisch leitenden Fasern oder ein Halbleiter beschichtetes Substrat handeln.at The substrate may be a metal foil or a textile sheet of a metallic or non-metallic electrically conductive Act fibers or a semiconductor coated substrate.

Das Aerosol kann mit Hilfe einer Düse erzeugt werden.The Aerosol can be done with the help of a nozzle be generated.

Wenn die Tröpfchengröße des so erzeugten Aerosols noch zu groß ist, kann das Aerosol mit Hilfe einer Ultraschal leinrichtung weiter atomisiert werden.If the droplet size of that generated aerosols is still too big, For example, the aerosol can be further atomized by means of an ultrasound device become.

Als Düse eignet sich eine sogenannte ultraschalleinspritzedüse, wie sie beispielsweise in der Common-Rail-Technik bei Kraftfahrzeugmotoren in großem Umfang Einsatz findet. Bei derartigen Düsen wird das Ventilverschlussglied über Piezoelemente mit hoher Geschwindigkeit zwischen der geschlossenen und der offenen Stellung hin und her bewegt, was am Ausgang der Düse eine sehr feine Tröpfchengröße hervorruft.When Nozzle is suitable itself a so-called ultraschalleinspritzedüse, as for example in the common-rail technique in motor vehicle engines in large Scope use finds. In such nozzles, the valve closure member via piezo elements with high speed between the closed and the open Position moved back and forth, which at the exit of the nozzle a very fine droplet size causes.

Eine gute Zerstäubung des Silans/Germans oder Mischung daraus wird erhalten, wenn die Flüssigkeit mit dem chemisch gebundenen Halbleitermaterial unter hohem Druck von wenigstens 500 bar, vorzugsweise wenigstens 1.000 bar, vorzugsweise von wenigstens 2.000 bar zugeführt wird.A good atomization of the silane / german or mixture thereof is obtained when the liquid with the chemically bonded semiconductor material under high pressure of at least 500 bar, preferably at least 1,000 bar, preferably from fed at least 2,000 bar becomes.

Die Betriebsfrequenz für die Ultraschallspritzdüse kann zwischen 1.000 und 10.000 Hz, vorzugsweise um die 5.000 Hz liegen.The Operating frequency for the ultrasonic spray nozzle can be between 1,000 and 10,000 Hz, preferably around 5,000 Hz lie.

Der Druck und die Hochdruckeinspritzdüse können derart aufeinander abgestimmt werden, dass die Austrittsgeschwindigkeit des Aerosols wenigstens 1.000 m/s beträgt.Of the Pressure and the high-pressure injector can be coordinated with each other be that the exit velocity of the aerosol at least 1,000 m / s.

Eine weitere Verkleinerung der Tröpfchengröße in dem Aerosol kann erreicht werden, wenn eine Lavaldüse verwendet wird, die mit Ultraschall angeregt wird.A further reduction of the droplet size in the Aerosol can be achieved when using a Laval nozzle with Ultrasound is excited.

Die Anregungsfrequenz für die Lavsldüse kann zwischen 250 und 5.000 Hz, vorzugsweise zwischen 500 und 1.000 Hz liegen.The Excitation frequency for the lavsi nozzle can between 250 and 5,000 Hz, preferably between 500 and 1,000 Hz lie.

Um eine Nachbeschleunigung zu erhalten, kann der Aerosolstrom mit Hilfe einer Elektronenquelle ionisiert werden. Die Elektronenquelle erzeugt einen Elektronenstrom quer zum Aerosolstrom.Around To obtain a Nachbeschleunigung, the aerosol stream with the help of be ionized an electron source. The electron source generates one Electron flow across the aerosol stream.

Durch diese Elektronenquelle wird der Aerosolstrom negativ geladen. Er kann dadurch mittels eines elektrischen Feldes in Richtung auf das Substrat, auf die für die Kristallisation erforderliche Geschwindigkeit beschleunigt werden. Die Beschleunigungsspannung liegt vorzugsweise bei 250 Volt.By This electron source negatively charges the aerosol stream. He can characterized by means of an electric field in the direction of the Substrate on which for the crystallization speed required to be accelerated. The acceleration voltage is preferably 250 volts.

Das Verfahren kann in einer Schutzgasatmosphäre bei wenigstens 0,5 bar, vorzugsweise bei atmosphärischem Druck ausgeführt werden.The Process can be carried out in a protective gas atmosphere at at least 0.5 bar, preferably at atmospheric Pressure executed become.

Als Schutzgas kann Argon verwendet werden.When Shielding gas can be used argon.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann als Quelle für die Flüssigkeit mit dem chemisch gebundenen Halbleitermaterial ein druckfester Behälter sein.The inventive device can as source for the liquid be a pressure-resistant container with the chemically bonded semiconductor material.

Als Pumpe kann eine Pumpe verwendet werden, die einen Druck von wenigstens 500, vorzugsweise wenigstens 1.000 bar erzeugt.When Pump can be used a pump that has a pressure of at least 500, preferably at least 1,000 bar produced.

Zu der Zerstäubungseinrichtung kann eine Düse gehören, die als Ventil ausgeführt ist. Das Ventilverschlussglied kann mit einer Frequenz von wenigstens 1.000 Hz, vorzugsweise um die 5.000 Hz zwischen der Offen- und der Schließstellung hin und her bewegt werden. Dadurch wird ein Ultraschallareosolstrom erzeugt mit extrem feiner Tröpfchengröße. Die Vorrichtung verwendet insoweit vorzugsweise eine so genannte Hochdruckeinspritzdüse, wie sie in Kraftfahrzeugmotoren Anwendung findet. Derartige Düsen sind bekannt und brauchen hier nicht im Einzelnen erläutert zu werden, da sie handelsüblich sind.To the atomizing device can a nozzle belong, designed as a valve is. The valve closure member may be at a frequency of at least 1,000 Hz, preferably around 5,000 Hz between the open and the closed position be moved back and forth. This will be a Ultraschallareosolstrom produced with extremely fine droplet size. The Device preferably uses a so-called high-pressure injection nozzle, such as it is used in motor vehicle applications. Such nozzles are are known and need not be explained in detail here, since they are commercially available.

Wenn die Tröpfchengröße noch nicht klein genug ist, kann der Düse eine Lavaldüse nachgeschaltet sein.If the droplet size still is not small enough, the nozzle can be followed by a Laval nozzle be.

Die Lavaldüse kann mit einem Ultraschallwandler gekoppelt sein, um in dem Aerosolstrom Ultraschallschwingungen zu erzeugen, die dazu führen, dass die Tröpfchengröße weiter verkleinert wird. Die Verkleinerung der Tröpfchen geschieht aufgrund des Aufeinanderprallens der Tröpfchen in dem Aerosolstrom. Die hierfür notwendige Energie wird außer dem anregendem Ultraschallelement gewonnen.The Laval may be coupled to an ultrasonic transducer to be in the aerosol stream To generate ultrasonic vibrations that cause the droplet size to continue is reduced. The reduction of the droplets happens due to the Clashing of droplets in the aerosol stream. The one for this necessary energy gets out of it gained stimulating ultrasonic element.

Wenn die Geschwindigkeit nicht ausreicht, kann der Zerstäubungseinrichtung eine Beschleunigungseinrichtung unter Verwendung eines elektrischen Feldes nachgeschaltet sein. Die Beschleunigungseinrichtung umfasst eine Ionisiereinrichtung, in der der Aerosolstrom elektrisch geladen wird. Eine sehr einfache Ionisiereinrichtung besteht aus einer Elektronenquelle, die einen Elektronenstrom quer zu dem zum Aerosolstrom erzeugt. Die so erhaltene negativ geladenen Clustern von Silan/German könne mit Hilfe einer Beschleunigungsspannung in Richtung auf das Substrat weiter beschleunigt werden.If the speed is insufficient, the sputtering device may be followed by an accelerator device using an electric field. The accelerator includes an ionizer in which the aerosol stream is electrically charged. A very simple ionizing device consists of an electron source that transposes an electron current across generated to the aerosol stream. The thus obtained negatively charged silane / german clusters can be further accelerated by means of an acceleration voltage in the direction of the substrate.

Im Übrigen sind Weiterbildungen der Erfindung Gegenstand von Unteransprüchen.Incidentally, are Further developments of the invention Subject of dependent claims.

Die nachfolgende Figurenbeschreibung erläutert Aspekte zum Verständnis der Erfindung. Weiter nicht beschriebene Details kann der Fachmann in der gewohnten Weise der Zeichnung entnehmen, die in soweit die Figurenbeschreibung ergänzt. Es ist klar, dass eine Reihe von Abwandlungen möglich sind. Die genaue Dimensionierung kann der Fachmann ohne Weiteres empirisch aufgrund der angegebenen Daten vornehmen.The The following description of the figures explains aspects for the understanding of Invention. Further details not described to those skilled in the usual way of drawing, in so far as the description of the figures added. It is clear that a number of modifications are possible. The exact sizing The skilled person can readily empirically based on the specified Make data.

Die nachfolgende Figur ist nicht maßstäblich. Zur Veranschaulichung von Details können bestimmte Bereiche übertrieben dargestellt werden. Darüber hinaus ist die Figur plakativ vereinfacht und enthält nicht jedes bei der praktischen Ausführung gegebenenfalls vorhandene Detail.The the following figure is not to scale. to Illustration of details can certain areas exaggerated being represented. Furthermore The figure is strikingly simplified and does not contain anything in the practical execution possibly existing detail.

In der einzigen Figur der Zeichnung ist die prinzipielle Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu Erzeugung einer Halbleiterkristallschicht auf einem Substrat veranschaulicht.In the only figure of the drawing is the basic arrangement the device according to the invention for producing a semiconductor crystal layer on a substrate illustrated.

Die Figur zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum erzeugen einer Halbleiterkristallschicht auf einem Substrat 2. Zu der Vorrichtung gehört ein Behälter 3, in dem sich eine Flüssigkeit befindet, aus der das gewünschte Halbleitermaterial abgeschieden werden kann. In der Regel handelt es sich hierbei um German oder Silan oder einer Mischung aus beiden Stoffen. Der Behälter 3 ist über eine Leitung 4 mit der Saugseite einer Pumpe 5 verbunden, die ausgangsseitig über eine Leitung 6 an eine Einspritzdüse 7 angeschlossen ist. Die Pumpe 5 dient dazu, auf der Eingangsseite der Einspritzdüse 7 einen Druck von ca. 2.000 bar zu erzeugen.The figure shows the device according to the invention 1 for producing a semiconductor crystal layer on a substrate 2 , The device includes a container 3 in which there is a liquid from which the desired semiconductor material can be deposited. As a rule, these are German or silane or a mixture of both substances. The container 3 is over a line 4 with the suction side of a pump 5 connected, the output side via a line 6 to an injection nozzle 7 connected. The pump 5 serves to, on the input side of the injector 7 to generate a pressure of about 2,000 bar.

Bei dem Einspritzventil 7 handelt es sich um ein Ventil, wie es in Kraftfahrzeugen zum Kraftstoff einspritzen in den Zylinder verwendet wird. Das Einspritzventil 7 enthält einen äußeren Ventilkörper 8 mit einer Auslastöffnung 9. Die Auslassöffnung 9 wirkt mit einem Ventilverschlussglied 11 zusammen, das über einen Piezowandler 12 betätigt wird. Seitlich des Piezowandlers 12 verbinden Kanäle 13 die Einlassseite der Einspritzdüse 7 mit dem Auslass 9.At the injection valve 7 it is a valve, as it is used in motor vehicles to inject fuel into the cylinder. The injection valve 7 contains an outer valve body 8th with a load opening 9 , The outlet opening 9 acts with a valve closure element 11 together, that via a piezo converter 12 is pressed. Side of the piezo converter 12 connect channels 13 the inlet side of the injector 7 with the outlet 9 ,

Das Piezoelement bzw. der Stapel aus Piezoelementen ist über elektrische Leitungen 14 mit einem nicht weiter veranschaulichten Stromgenerator verbunden. Im Betrieb erzeugt dieser für die Piezoelemente 12 eine Betriebswechselspannung von 5.000 Hz und eine Amplitude, die ausreicht um das Ventilverschlussglied 11 von dem Sitz an dem Auslass 9 abzuheben.The piezo element or the stack of piezo elements is via electrical lines 14 connected to a not further illustrated power generator. In operation, this generates for the piezo elements 12 an operating AC voltage of 5,000 Hz and an amplitude sufficient to the valve closure member 11 from the seat at the outlet 9 withdraw.

Die Auslasseseite der Einspritzdüse 7 ist mit einem in axial und Seitenrichtung beweglichen Rohr 15 verbunden. Das Rohr 15 enthält in der Nähe des Düsenauslass 9 einen nicht veranschaulichten Ringspalt, über den Gas zuströmen kann um das gewünscht Aerosol zu bilden. Das Rohr 15 dient der schwingungsmäßigen Entkopplung.The outlet side of the injector 7 is with an axially and laterally movable tube 15 connected. The pipe 15 Contains near the nozzle outlet 9 an unillustrated annular gap through which gas can flow to form the desired aerosol. The pipe 15 serves the vibration decoupling.

An das stromabwärts gelegene Ende des Rohrs 15 ist an die Eingangsseite einer Lavaldüse 16 angeschlossen. An der Außenseite der Lavaldüse 16 sitzt ein weiterer Piezowandler 17 mit elektrischen Anschlüssen 18. Die elektrischen Anschlüsse 18 sind mit einem nicht weiter gezeigten Stromgenerator verbunden, der eine Frequenz zwischen 500 und 1.000 Hz bei ausreichender Spannungsamplitude liefert. Mit Hilfe des Rohrs 15 sollen die Schwingungen der Lavaldüse 16 von der Einspritzdüse 7 fern gehalten werden.To the downstream end of the pipe 15 is on the input side of a Laval nozzle 16 connected. On the outside of the Laval nozzle 16 there is another piezo converter 17 with electrical connections 18 , The electrical connections 18 are connected to a power generator not shown further, which provides a frequency between 500 and 1000 Hz with sufficient voltage amplitude. With the help of the pipe 15 should the vibrations of the Laval nozzle 16 from the injector 7 kept away.

Die Lavaldüse 16 weist einen Auslass 19 auf, der auf eine Ionisationseinrichtung 21 gerichtet ist. Zu der Ionisationseinrichtung 21 gehört eine schematisch angedeutete Kathode 22, die entsprechend mit Heizwicklungen 23 versehen ist, sowie eine Anode 24. Gegebenenfalls sind noch weitere Fokussiereinrichtungen vorgesehen um den Elektronenstrahl zwischen der Kathode 23 und der Anode 24 in geeigneter Weise zu bündeln. Die Kathode 22 und die Anode 24 sind, wie gezeigt, mit Abstand zueinander angeordnet, so dass sich die Partikel des aus der Lavaldüse 16 austretende Aerosolstrahls zwischen der Kathode 22 und der Anode 24 hindurch bewegen können.The Laval nozzle 16 has an outlet 19 on top of an ionizer 21 is directed. To the ionization device 21 includes a schematically indicated cathode 22 that correspond with heating coils 23 is provided, as well as an anode 24 , Optionally, further focusing means are provided around the electron beam between the cathode 23 and the anode 24 to bundle in a suitable manner. The cathode 22 and the anode 24 are, as shown, arranged at a distance from each other, so that the particles of the out of the Laval nozzle 16 escaping aerosol jet between the cathode 22 and the anode 24 can move through.

Ein Spannungsgenerator 25, der mit einem Ende an die Anode 24 und mit dem anderen Ende an die Kathode 22 angeschlossen ist, liefert die erforderliche Spannung um die Elektronen aus der Kathode 22 austreten und sich in Richtung auf die Anode 24 bewegen zu lassen.A voltage generator 25 , with one end to the anode 24 and with the other end to the cathode 22 connected, provides the required voltage around the electrons from the cathode 22 exit and head towards the anode 24 to let move.

Eine weitere Spannungsquelle 26 verbindet die Kathode 22 mit dem Substrat 2 bzw. einer elektrisch leitenden Auflage für das Substrat 2. Mit Hilfe der Spannungsquelle 26 wird ein elektrostatisches Feld zwischen der Ionisierungseinrichtung 21 und dem Substrat 2 erzeugt. Dieses elektrische Feld bewirkt eine Beschleunigung, der aus der Ionisationseinrichtung 21 austretenden Ionen.Another power source 26 connects the cathode 22 with the substrate 2 or an electrically conductive support for the substrate 2 , With the help of the voltage source 26 becomes an electrostatic field between the ionizer 21 and the substrate 2 generated. This electric field causes an acceleration resulting from the ionization device 21 leaking ions.

Die Anordnung ab dem Auslass 9 der Einspritzdüse 7 einschließlich dem Substrat 2 befindet sich in einem geschlossenen Raum, der mit einem Schutzgas gefüllten Raum. Bei dem Schutzgas handelt es sich vorzugsweise um Argon. Der Betriebsdruck in dem mit dem Schutzgas gefüllten Raum liegt bei ca. 1 bar, so dass keine komplizierten Abdichtungen erforderlich sind.The arrangement from the outlet 9 the injector 7 including the substrate 2 is located in a closed space, the space filled with a protective gas. The protective gas is preferably argon. The operating pressure is in the space filled with the shielding gas at about 1 bar, so no complicated seals are required.

Die insoweit beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt:
Mit Hilfe der Hochdruckpumpe 5 wir Silan, German oder eine Mischung aus beidem aus dem Behälter 3 angesaugt und mit dem entsprechenden Druck von ca. 2.000 bar in die Eingangsseite der Einspritzdüse 7 eingeleitet.The device described so far operates as follows:
With the help of the high pressure pump 5 we silane, German or a mixture of both from the container 3 sucked in and with the appropriate pressure of about 2,000 bar in the input side of the injector 7 initiated.

Die Einspritzdüse 7 arbeitet als Zerstäuberdüse. Durch das schnelle Öffnen und Schließen des Einspritzventils 7 entsteht zusätzlich zu der normalen Zerstäubungswirkung eine weitere Einleitung von mechanischer Energie in die vorbeiströmende Flüssigkeit, die daraufhin mit der umgebenden Schutzgasatmosphäre aus Argon ein Aerosol bildet.The injector 7 works as a spray nozzle. By quickly opening and closing the injector 7 In addition to the normal atomizing action, a further introduction of mechanical energy into the liquid flowing past, which then forms an aerosol with the surrounding protective gas atmosphere of argon, is produced.

Welche Betriebsfrequenz für das Einspritzventil bzw. die Einspritzdüse erforderlich ist, lässt sich empirisch ermitteln. Bisherige Versuche haben einen günstigen Wirkungsgrad bei 500 Hz gezeigt.Which Operating frequency for the injection valve or the injection nozzle is required, can be empirical determine. Previous attempts have a favorable efficiency at 500 Hz shown.

Das so erzeugte Aerosol gelangt in das Wellrohr 15 und von dort in die Eingangsseite der Lavaldüse 16.The aerosol thus generated reaches the corrugated pipe 15 and from there into the inlet side of the Laval nozzle 16 ,

Mit der Wand der Lavaldüse 16 ist der Piezoschwinger 17 verbunden, durch den die Wand der Lavaldüse in Schwingungen versetzt wird. Die Betriebsfrequenz des Piezoschwingers 17 liegt bei ca. 500 bis 1.000 Hz. Aus der Lavaldüse 16 tritt das Aerosol mit einer Geschwindigkeit von ca. 2.000 m/s aus.With the wall of the Laval nozzle 16 is the piezo oscillator 17 connected by the wall of the Laval nozzle is vibrated. The operating frequency of the piezo oscillator 17 is about 500 to 1,000 Hz. From the Laval nozzle 16 The aerosol exits at a speed of approx. 2,000 m / s.

Aufgrund der Transversalschwingungen, die in der Wand der Lavaldüse 16 erzeugt werden, werden die Aerosoltröpfchen in der entsprechenden Richtung bewegt, prallen aufein ander, was zu einer weiteren Verkleinerung der Tröpfchen führt.Due to the transverse vibrations occurring in the wall of the Laval nozzle 16 are generated, the aerosol droplets are moved in the appropriate direction, collide aufein other, resulting in a further reduction of the droplets.

Am Ausgang der Lavaldüse 16 haben die Aerosoltröpfchen eine Größe von ca. ... Silan- oder Germanatomen.At the exit of the Laval nozzle 16 the aerosol droplets have a size of approx. ... silane or germanium atoms.

Aufgrund der gerichteten Bewegung beim Austritt aus der Einspritzdüse 7 bewegt sich der Aerosolstrahl in den Spaltraum zwischen der Kathode 22 und der Anode 24. In diesen Bereich bewegen sich Elektronen quer dazu von der Kathode 22 zu der Anode 24. Die Elektronen prallen mit den vorbei fliegenden Clustern aus Silan- oder Germanmolekülen zusammen und ionisieren diese, soweit ein Cluster mit einem Elektron zusammenstößt, wird dieser Cluster negativ geladen.Due to the directed movement when exiting the injection nozzle 7 the aerosol jet moves into the gap between the cathode 22 and the anode 24 , In this area, electrons move transversely to the cathode 22 to the anode 24 , The electrons collide with the passing clusters of silane or German molecules and ionize them, as far as a cluster collides with an electron, this cluster is negatively charged.

Da zwischen den Elektronenfeld im Spalt zwischen der Kathode 22 und der Anode 24 und dem Substrat ein Potenzialfeld aufgebaut ist mit der Hilfe der Spannungsquelle 26, werden die nunmehr ionisierten Molekülcluster in Richtung auf das Substrat beschleunigt. Die Beschleunigungsspannung liegt bei ca. 250 Volt.As between the electron field in the gap between the cathode 22 and the anode 24 and the substrate is a potential field is constructed with the help of the voltage source 26 , the now ionized molecular clusters are accelerated towards the substrate. The acceleration voltage is about 250 volts.

Durch die Beschleunigung kommen die Molekülcluster auf Geschwindigkeiten, die dazu führen, dass beim Auftreffen der Molekülcluster auf die Substratoberfläche oder die dort bereits erzeugten Halbleiterkristalle das Molekül aufbricht und das enthaltene Silizium an der Oberfläche Kristalle bildet.By the acceleration the molecular clusters come up to speeds, that cause upon impact of the molecular clusters on the substrate surface or the semiconductor crystals already produced there breaks up the molecule and the silicon contained forms crystals on the surface.

Mit den erfindungsgemäßen Vorrichtung können nacheinander mehrere Halbleiterschichten auf dem Substrat 2 erzeugt werden. Entsprechend dem gewünschten Leitungstyp der Halbleiterschicht sind dem Silan, dem German oder der Mischung aus beidem in dem Behälter 3 entsprechende Dotierungsstoffe zugemischt oder aber sie werden über eine separate Leitung zu dem Einlass der Hochdruckpumpe 5 befördert. Da sich die Dotierungsstoffe oder -atome in dem Aerosolstrom befinden, werden sie beim Auftreffen auf das Substrat bzw. dort bereits vorhandene Kristallschicht in das weiter wachsende Kristall mit eingebunden.With the device according to the invention several semiconductor layers can successively on the substrate 2 be generated. According to the desired conductivity type of the semiconductor layer, the silane, the german or the mixture of both are in the container 3 corresponding dopants are added or they are via a separate line to the inlet of the high-pressure pump 5 promoted. Since the dopants or atoms are in the aerosol stream, they are involved in hitting the substrate or there existing crystal layer in the further growing crystal with.

Da die Anordnung einer Schutzgasatmosphäre aus Argon bei ca. einem bar arbeitet, ist der apparative Aufwand verhältnismäßig gering. Darüber hinaus ist auch der Energieeinsatz gering, weil der Wirkungsgrad des Gesamtsystems gut ist und keine besonderen Hilfsaggregate benötigt werden.There the arrangement of a protective gas atmosphere of argon at about one works bar, the equipment cost is relatively low. Furthermore the energy input is low, because the efficiency of the overall system is good and no special auxiliary equipment needed.

Als Substrat eigenen sich alle leitenden Materialien aus Metall oder Kohlenstoff oder auch nichtleitende Materialien wenn hinter dem Substrat eine entsprechende Elektrode vorgesehen ist.When Substrate own all conductive materials of metal or Carbon or non-conductive materials if behind the Substrate a corresponding electrode is provided.

Eine Halbleiterkristallschicht auf einem flächigen Substrat wird erzeugt, indem flüssiges German oder Silan mit Hilfe einer Hochdruckpumpe einer Einspritzdüse zugeführt wird. Die Einspritzdüse ist eine Ultraschalldüse mit einem schnell beweglichen Ventilverschlussglied. Hiermit wird ein Aerosol aus dem Silan und der umgebenden Schutzgasatmosphäre erzeugt. Die Tröpfchengröße des Aerosols wird in einer nachgeschalteten Lavaldüse, deren Wand in Ultraschallschwingungen versetzt ist, weiter verkleinert. Das so erhaltene Aerosol gelangt in eine Ionisiereinrichtung, wo es negativ geladen wird. In einem anschließenden elektrostatischen Feld werden die negativ geladenen Aerosoltröpfchen oder Molekülcluster in Richtung auf das Substrat be schleunigt. Beim Auftreffen auf das Substrat bzw. die Halbleiterschicht tritt eine Kristallisation des Halbleitermaterials auf.A Semiconductor crystal layer on a sheet substrate is generated by liquid German or silane is fed by means of a high-pressure pump to an injection nozzle. The injector is an ultrasonic nozzle with a fast moving valve plug. Hereby becomes generates an aerosol from the silane and the surrounding inert gas atmosphere. The droplet size of the aerosol becomes in a downstream Laval nozzle, whose wall is set in ultrasonic vibrations, further reduced. The resulting aerosol enters an ionizer, where it is negatively charged. In a subsequent electrostatic field become the negatively charged aerosol droplets or molecular clusters in the direction of the substrate be accelerated. When hitting the Substrate or the semiconductor layer enters a crystallization of Semiconductor material on.

Claims (25)

Verfahren zur Herstellung von Halbleiterschichten, mit den Schritten: – es wird ein Substrat (2) bereitgestellt, – es wird ein Aerosol erzeugt, das Flüssigkeitströpfchen aus chemisch gebundenem Halbleitermaterial enthält, – die Flüssigkeitströpfchen werden negativ ionisiert und – die ionisierten Tröpfchen werden in einem elektrischen Feld beschleunigt – der in dem elektrischen Feld erzeugte Ionenstrahl wird auf das Substrat (2) gerichtet.Process for the production of semiconductors layers, with the steps: - it becomes a substrate ( 2 ), - an aerosol is produced which contains liquid droplets of chemically bound semiconductor material, - the liquid droplets are negatively ionized and - the ionized droplets are accelerated in an electric field - the ion beam generated in the electric field is applied to the substrate ( 2 ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2) zumindest geringfügig elektrisch leitend ist.Method according to claim 1, characterized in that the substrate ( 2 ) is at least slightly electrically conductive. verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2) eine Metallfolie oder ein textiles Flächengebilde aus metallischen oder nicht metallischen elektrisch leitenden Fasern oder ein halbleiterbeschichtetes Substrat ist.Method according to claim 1, characterized in that the substrate ( 2 ) is a metal foil or a textile fabric of metallic or non-metallic electrically conductive fibers or a semiconductor-coated substrate. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aerosol mit Hilfe einer Düse (7) erzeugt wird.A method according to claim 1, characterized in that the aerosol by means of a nozzle ( 7 ) is produced. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, dass das Aerosol mit Hilfe einer weiteren Ultraschalleinrichtung (16, 17) weiter atomisiert wird.A method according to claim 4, characterized in that the aerosol with the aid of a further ultrasonic device ( 16 . 17 ) is further atomized. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Düse (7) eine Hochdruckeinspritzdüse () verwendet wird.Method according to claim 5, characterized in that as nozzle ( 7 ) a high pressure injector (12) is used. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckeinspritzdüse (7) die Flüssigkeit mit dem chemisch gebundenen Halbleitermaterial unter hohem Druck von wenigstens 500 bar vorzugsweise von wenigstens 1000 bar höchst vorzugsweise von wenigstens 2000 bar zugeführt wird.Method according to Claim 6, characterized in that the high-pressure injection nozzle ( 7 ) the liquid with the chemically bonded semiconductor material is supplied under high pressure of at least 500 bar, preferably of at least 1000 bar, most preferably of at least 2000 bar. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsfrequenz für Hochdruckeinspritzdüse (7) zwischen 1000 und 10.000 Hz liegt.A method according to claim 6, characterized in that the operating frequency for high-pressure injection nozzle ( 7 ) is between 1000 and 10,000 Hz. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck und die Hochdruckeinspritzdüse (7) derart aufeinander abgestimmt werden, dass die Auftrittsgeschwindigkeit des Aerosols wenigstens 1000 bis 2000 m/s beträgt.Method according to claim 6, characterized in that the pressure and the high-pressure injection nozzle ( 7 ) are matched to one another such that the rate of occurrence of the aerosol is at least 1000 to 2000 m / s. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an die Hochdruckeinspritzdüse (7) eine Lavaldüse (16) angeschlossen ist.Method according to Claim 6, characterized in that the high-pressure injection nozzle ( 7 ) a Laval nozzle ( 16 ) connected. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lavaldüse (16) mit Ultraschall angeregt wird.A method according to claim 10, characterized in that the Laval nozzle ( 16 ) is excited with ultrasound. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallfrequenz für die Lavaldüse (16) zwischen 250 und 5000 Hz vorzugsweise zwischen 500 und 1000 Hz liegt.A method according to claim 1, characterized in that the ultrasonic frequency for the Laval nozzle ( 16 ) between 250 and 5000 Hz, preferably between 500 and 1000 Hz. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aerosol mittels eines zu dem Aerosolstrom quer ausgerichteten Elektronenstrahls ionisiert wird.Method according to claim 1, characterized in that in that the aerosol is directed transversely to the aerosol stream Electron beam is ionized. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Ionisationseinrichtung (22, 24) und dem Substrat (2) eine Beschleunigungsspannung angelegt wird.Method according to claim 1, characterized in that between the ionization device ( 22 . 24 ) and the substrate ( 2 ) An acceleration voltage is applied. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einer Schutzgasatmosphäre bei wenigstens 0,5 bar vorzugsweise bei atmosphärischen Druck durchgeführt wird.Method according to claim 1, characterized in that that the process in a protective gas atmosphere at least 0.5 bar preferably at atmospheric Pressure performed becomes. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgas Argon ist.Method according to claim 1, characterized in that the protective gas is argon. Vorrichtung zur Erzeugung von Halbleiterschichten auf einem Substrat (2), mit einer Quelle (3) für Silan oder German oder einer Mischung hieraus, mit einer Pumpe (5), deren Saugseite an die Quelle (3) für Silan oder German angeschlossen ist und die eine Druckseite () aufweist, mit einer Zerstäubungseinrichtung (7, 16), die an die Druckseite der Pumpe (5) angeschlossen ist und die dazu eingerichtet ist die zugeführte Flüssigkeit zu atomisieren, und mit einer Beschleunigungseinrichtung (22, 24, 26) zum beschleunigen der Flüssigkeitströpfchen, damit die Flüs sigkeitströpfchen mit hoher Geschwindigkeit auf das Substrat (2) auftreffen um dort zu kristallisieren.Device for producing semiconductor layers on a substrate ( 2 ), with a source ( 3 ) for silane or German or a mixture thereof, with a pump ( 5 ), whose suction side to the source ( 3 ) is connected for silane or German and which has a pressure side (10), with an atomizing device ( 7 . 16 ) connected to the pressure side of the pump ( 5 ) and which is adapted to atomize the supplied liquid, and with an accelerating device ( 22 . 24 . 26 ) for accelerating the liquid droplets, so that the liquid droplets at high speed on the substrate ( 2 ) to crystallize there. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle (3) für die Flüssigkeit mit dem chemisch gebundenen Halbleitermaterial ein druckfreier Behälter () ist.Device according to claim 17, characterized in that the source ( 3 ) is a pressure-free container (12) for the liquid with the chemically bonded semiconductor material. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (5) einen Druck von wenigstens 1000 bar erzeugt.Device according to claim 17, characterized in that the pump ( 5 ) generates a pressure of at least 1000 bar. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass zu der Zerstäubungseinrichtung (7, 16) ein Ventil (7) gehört, dessen Ventilverschlussglied (11) mit einer Frequenz von wenigstens 1000 Hz vorzugsweise um die 5000 Hz zwischen der Offen- und der Schließstellung hin und her bewegt wird.Apparatus according to claim 17, characterized in that to the atomizing device ( 7 . 16 ) a valve ( 7 ), whose valve closure member ( 11 ) with a frequency of at least 1000 Hz, preferably around 5000 Hz between the open and the closed position is moved back and forth. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerstäubungseinrichtung (7, 16) eine Lavaldüse (16) umfasst.Apparatus according to claim 17, characterized in that the atomizing device ( 7 . 16 ) a Laval nozzle ( 16 ). Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Lavaldüse (16) mit einem Ultraschallwandler (17) gekoppelt ist.Device according to claim 21, characterized in that the Laval nozzle ( 16 ) with an ultrasonic transducer ( 17 ) is coupled. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungseinrichtung (22, 24, 26) eine Ionisierungseinrichtung (22, 24) aufweist, in der die atomisierte Flüssigkeit ionisiert wird,Apparatus according to claim 17, characterized in that the acceleration device ( 22 . 24 . 26 ) an ionization device ( 22 . 24 ), in which the atomized liquid is ionized, Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekenn zeichnet, dass die Ionisierungseinrichtung (22, 24) einen Elektronenstrom erzeugt, der quer zu der Bewegungsrichtung des Aerosols ausgerichtet ist, das die Lavaldüse (16) verlässt.Apparatus according to claim 23, characterized in that the ionization device ( 22 . 24 ) generates an electron current which is aligned transversely to the direction of movement of the aerosol, the Laval nozzle ( 16 ) leaves. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Ionisierungseinrichtung (22, 24) und dem Substrat (2) eine Spannungsquelle (26) angeschlossen ist, um den Ionenstrahl zu beschleunigen.Apparatus according to claim 23, characterized in that between the ionization device ( 22 . 24 ) and the substrate ( 2 ) a voltage source ( 26 ) is connected to accelerate the ion beam.
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