DE19510853A1

DE19510853A1 - Semiconductor prodn. esp. gas phase epitaxy appts.

Info

Publication number: DE19510853A1
Application number: DE1995110853
Authority: DE
Inventors: Willi Dipl Ing Ebert; Peter Dipl Chem Wolfram
Original assignee: Fraunhofer Institut fuer Nachrichtentechnik Heinrich Hertz Institute HHI
Current assignee: Aixtron SE
Priority date: 1995-03-17
Filing date: 1995-03-17
Publication date: 1996-09-19

Abstract

A semiconductor material prodn. appts. consists of a coating reactor connected to a gas supply system, a vacuum system in the form of an evacuation piping arrangement and an exchangeable filter unit for the created decomposition prods., measurement and safety equipment also being provided. The novelty is that: (a) the filter unit (6) is located at a short distance (8) beyond the outlet of the coating reactor (1) within the vacuum system (2) and has a cooling arrangement (----); and (b) the short distance (8) in the vacuum system (2) from the reactor (1) to the filter unit (6) is provided with a heating arrangement (++++).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitermaterialien mit einem Beschichtungsreaktor, der mit einem Gasversorgungssystem zur dosierten Zuführung von Materialströmen, mit einer als Vakuumsystem ausgebildeten Rohrleitungsanordnung zur Führung der eingesetzten Materialströme und einer auswechselbaren Filtereinheit als Reinigungseinrichtung für entstehende Zersetzungsprodukte verbunden ist, und mit Meß- und Sicherheitseinrichtungen.The invention relates to a device for producing Semiconductor materials with a coating reactor with a Gas supply system for the metered supply of material flows, with a formed as a vacuum system piping arrangement for guiding the used material flows and a replaceable filter unit as Cleaning device for resulting decomposition products is connected, and with measuring and safety devices.

Eine derartige Vorrichtung ist aus den Aufsätzen "Asse aus der Uni", Industriemagazin, Oktober 1987, Seiten 230 bis 235, und "Licht im Computer", Wirtschaftswoche Nr. 4, 20.01.89, 43. Jahrgang, Seiten 54 bis 58, bekannt. Mit dieser als metallorganische Gasphasenepitaxieanlage ausgebildeten Vorrichtung werden III/V-Verbindungshalbleiter durch Einsatz von speziellen Prozeßgasen hergestellt, unter anderem Phosphin und Arsin. Die Zersetzungsprodukte der Prozeßgase sind teilweise flüchtig, beispielsweise weißer Phosphor, und teilweise fest, beispielsweise Arsen und Arsenstäube, die als Partikel an die gasförmigen Zersetzungsprodukte angelagert sind. Eine handelsübliche Filtereinheit als Ergänzung zu der eigentlichen Reinigungsanlage für die unverbrauchten Materialströme, die unter Zwischenschaltung von mehreren Kugelhähnen ohne weitere Maßnahmen in einigem Abstand hinter dem Beschichtungsreaktor im Vakuumsystem angeordnet ist, dient der Abfilterung der Zersetzungsprodukte. Die Zersetzungsprodukte gelangen jedoch zum großen Teil schon nicht in die Filtereinheit oder passieren diese unbeeinflußt, so daß auch starke Ablagerungen in und vor allem hinter der Reaktionszone im Beschichtungsreaktor, also im Vakuum- bzw. Abgassystem auftreten, über das die unverbrauchten Prozeßgase einer speziellen Gaswaschanlage zugeführt werden (vergleiche DE-PS 33 42 816). Das erfordert eine Reinigung nahezu des gesamten Systems schon nach wenigen Wochen Betrieb. Die Zersetzungsprodukte sind giftig und teilweise sehr reaktionsfreudig unter Sauerstoffzufuhr. Der weiße Phosphor brennt unter starker Rauchentwicklung ab, wenn das Vakuumsystem zu Wartungszwecken geöffnet werden muß. Aufwendige Vorsichtsmaßnahmen, wie schwerer Atemschutz und nicht brennbare Kleidung, für das Bedienungspersonal, sind erforderlich. Die gesamte Anlage muß stillgelegt werden, um bei den Wartungsarbeiten einen Alarm der Brand- und Rauchmeldesensoren zu vermeiden, der jedoch im Notfall trotzdem zu gewährleisten ist.Such a device is from the essays "Aces from the University", Industriemagazin, October 1987, pages 230 to 235, and "Licht im Computer", Wirtschaftswoche No. 4, January 20, 1989, 43rd year, pages 54 to 58. With this is designed as an organometallic gas phase epitaxy system Devices are III / V compound semiconductors through the use of special Process gases produced, including phosphine and arsine. The Decomposition products of the process gases are partially volatile, for example white phosphorus, and partially solid, for example arsenic and arsenic dust, the are attached as particles to the gaseous decomposition products. A commercially available filter unit as a supplement to the actual cleaning system for the unused material flows, with the interposition of several ball valves without further measures at a certain distance behind the coating reactor is arranged in the vacuum system, the Filtering the decomposition products. However, the decomposition products arrive for the most part not in the filter unit or pass through it unaffected, so that even heavy deposits in and especially behind the Reaction zone in the coating reactor, i.e. in the vacuum or exhaust system occur through which the unused process gases of a special Gas washing system are supplied (see DE-PS 33 42 816). That requires cleaning of almost the entire system after just a few weeks Business. The decomposition products are toxic and sometimes very reactive with oxygen. The white phosphor burns under strong Smoke starts off when the vacuum system is open for maintenance must become. Elaborate precautions, such as heavy breathing protection and Non-combustible clothing, for the operating personnel, is required. The The entire system must be shut down in order to avoid Avoid alarm of fire and smoke alarm sensors, however, in an emergency is to be guaranteed anyway.

Die der Erfindung zugrundeliegende Problematik ist darin zu sehen, alle auftretenden Zersetzungsprodukte zuverlässig aus dem Abgas entfernen zu können und aufwendige, risikoreiche Wartungsarbeiten zu vermeiden. Dabei darf jedoch der Durchgang anderer Materialströme, die unter Umständen hochgiftig sein können, zur eigentlichen Reinigungsanlage nicht behindert werden. Weiterhin sind möglichst große Intervalle für unvermeidliche sowie einfach durchführbare Wartungen anzustreben. Die zu ergreifenden Maßnahmen zur Verbesserung bestehender Vorrichtungen sollen zudem auch kostengünstig sein.The problem underlying the invention can be seen in all of them reliably remove any decomposition products from the exhaust gas can and avoid expensive, risky maintenance work. Here however, the passage of other material flows, which under certain circumstances can be highly toxic, not impeding the actual cleaning system will. Furthermore, the largest possible intervals for inevitable as well easy to perform maintenance. The ones to be taken Measures to improve existing devices should also be be inexpensive.

Die Erfindung erfüllt diese Forderungen dadurch, daß die auswechselbare Filtereinheit mit kurzem Weg hinter dem Ausgang des Beschichtungsreaktors im Vakuumsystem angeordnet ist und eine Kühlvorrichtung aufweist und daß der kurze Weg im Vakuumsystem vom Beschichtungsreaktor bis zur Filtereinheit mit einer Heizvorrichtung versehen ist. Dabei lassen sich die Kühl- und die Heiztemperatur der einzelnen Vorrichtungen so bemessen, daß ausschließlich alle auftretenden Zersetzungsprodukte vollständig in der Filtereinheit abgeschieden werden und ein Diffusionsgefälle vom Beschichtungsreaktor zur Filtereinheit vorliegt.The invention meets these requirements in that the interchangeable Filter unit with a short path behind the exit of the coating reactor in the Vacuum system is arranged and has a cooling device and that the Short path in the vacuum system from the coating reactor to the filter unit a heater is provided. The cooling and the Measure the heating temperature of the individual devices so that only all decomposition products occurring completely in the filter unit be deposited and a diffusion gradient from the coating reactor to There is a filter unit.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich vorzugsweise um eine Gasphasenepitaxieanlage, insbesondere eine metallorganische Gasphasenepi taxieanlage zur Herstellung von III/V-Halbleitermaterialien, bei der die Materialströme von den Prozeß- und Trägergasen gebildet werden, wobei aus den Prozeßgasen, insbesondere kovalente Hydride und Metallorganika, die abzuscheidenden Zersetzungsprodukte entstehen.The device according to the invention is preferably a Gas phase epitaxial system, in particular an organometallic gas phase epi Taxi system for the production of III / V semiconductor materials, in which the Material flows are formed by the process and carrier gases, whereby the process gases, especially covalent hydrides and metal organics, the decomposition products to be deposited arise.

Der kurze Weg zwischen der Filtereinheit und dem Beschichtungsreaktor gewährleistet, daß alle entstehenden Zersetzungsprodukte die Filtereinheit sicher erreichen. Dies gilt insbesondere für die relativ schweren festen Zersetzungsprodukte, wie das bereits genannte Arsen und seine Stäube, aber auch für nicht auf dem Halbleitersubstrat abgelagerte feste Prozeßgaskomponenten, wie beispielsweise Gallium- und Indiumarsenid oder Indiumphosphid. Diese werden von den flüchtigen Zersetzungsprodukten, in der Hauptsache weißer Phophor, über die kurze Wegstrecke mitgetragen. Da diese zusätzlich beheizt ist, wird den flüchtigen und festen Zersetzungsprodukten ausreichend kinetische Energie zugeführt, um den kurzen Weg zur Filtereinheit zurückzulegen. Die Ablagerung von weißem Phophor auf der kurzen Wegstrecke ist dadurch vernachlässigbar gering. Da keine weiteren Rohrleitungskomponenten, wie beispielsweise Kugelhähne, zum teilweisen Absperren der Rohrleitung bei Reinigungsarbeiten erforderlich sind, werden die Zersetzungsprodukte auch nicht in ihrer Förderbewegung behindert. Das aufwendige Reinigen der Rohrkomponenten entfällt. Erforderlich sind nur noch einfache, gut zu reinigende Flanschteile. Die vollständige Abscheidung der Zersetzungsprodukte in der Filtereinheit wird sicher dadurch erreicht, daß die Filtereinheit gekühlt wird und damit als Kühlfalle wirkt. Durch den Wärmeentzug kondensiert der weiße Phosphor in der Filtereinheit vollständig aus und die festen Bestandteile der Zersetzungsprodukte lagern sich ab. Dies ist insbesondere dann von großer Bedeutung, wenn der Beschichtungsreaktor bei einer konstanten Wachstumstemperatur von ungefähr 600-700 °C in einem Druckbereich zwischen 150 und 200 mbar betrieben wird. Bei derartigen Prozeßdaten fallen aufgrund der steigenden Effektivität der Zersetzung besonders große Mengen von Zersetzungsprodukten an, insbesondere weißer Phosphor.The short way between the filter unit and the coating reactor ensures that all resulting decomposition products the filter unit reach safely. This is especially true for the relatively heavy solid ones Decomposition products, such as the arsenic and its dust mentioned above, however also for solid that is not deposited on the semiconductor substrate Process gas components such as gallium and indium arsenide or Indium phosphide. These are caused by the volatile decomposition products in the The main thing is white phophors, carried over the short distance. This one is additionally heated, the volatile and solid decomposition products sufficient kinetic energy is supplied to make the short path to the filter unit to cover. The deposit of white phosphor on the short The distance traveled is therefore negligible. Since no more Pipe components, such as ball valves, for partial Shut off the pipeline when cleaning work is required Decomposition products are not hindered in their conveying movement. The time-consuming cleaning of the pipe components is not necessary. Only are required simple, easy-to-clean flange parts. The complete separation of the Decomposition products in the filter unit is certainly achieved in that the Filter unit is cooled and thus acts as a cold trap. By removing heat the white phosphor in the filter unit completely condenses out and solid components of the decomposition products are deposited. This is especially important if the coating reactor at a constant growth temperature of around 600-700 ° C in one Pressure range between 150 and 200 mbar is operated. With such Process data fall due to the increasing effectiveness of decomposition particularly large amounts of decomposition products, especially whiter Phosphorus.

Die Wahl der Heiz- und Kühltemperatur hängt von der Art der auftretenden Zersetzungsprodukte und Prozeßgase ab. Die Kühlung liegt auf einem Niveau, bei dem zwar alle Zersetzungsprodukte abgeschieden werden, die Prozeßgase, die in der Regel hochgiftig sind, jedoch nicht beeinflußt werden, so daß sie in die Gaswaschanlage gelangen. Ihre Ablagerung in der Filtereinheit würde deren Entsorgung beträchtlich erschweren. Andererseits ist die Erwärmung so gewählt, daß die Verunreinigungen aus den Ablagerungen im Vakuumsystem nicht durch erhöhte Rückdiffusion in den Beschichtungsreaktor zurückgelangen. Das Diffusionsgefälle zur Filtereinheit leitet sie sicher dorthin. Die starke Einschränkung der Rückdiffusion durch die gekühlte Filtereinheit bewirkt weiterhin, daß auch gegebenenfalls auftretender Ölnebel aus der den Dampfdruck aufweisenden Vakuumpumpe (beispielsweise Drehschieberpumpe) für das Vakuumsystem zur Filtereinheit transportiert und dort abgeschieden wird. Eine Rückdiffusion bis in den Beschichtungsreaktor ist sicher vermieden.The choice of heating and cooling temperature depends on the type of occurring Decomposition products and process gases. The cooling is on a level in which all the decomposition products are separated, the process gases, which are usually highly toxic, but are not affected, so that they are in reach the gas washer. Your deposit in the filter unit would be their Make disposal considerably more difficult. On the other hand, the warming is chosen that the contamination from the deposits in the vacuum system does not pass through increased back diffusion in the coating reactor. The Diffusion gradient to the filter unit leads them safely there. The strenght Restriction of back diffusion caused by the cooled filter unit furthermore that any oil mist that may occur from the Vacuum pump with vapor pressure (e.g. rotary vane pump) transported to the filter unit for the vacuum system and separated there becomes. A back diffusion into the coating reactor is safely avoided.

Bei den bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorzugsweise eingesetzten Prozeßgasen Phosphin und Arsin aus der chemischen Gruppe der Hydride sowie bei metallorganischen Prozeßgasen, wie beispielsweise Indium- oder Galliumarsenid und Indiumphosphid, aus denen auch das Trägersubstrat des Verbindungshalbleiters bestehen kann, und den Trägergasen Wasserstoff oder Stickstoff ist es besonders vorteilhaft, wenn bezüglich der Betriebstemperaturen die Kühlvorrichtung auf -30°C und die Heizvorrichtung auf +100°C ausgelegt sind. Durch diese Wahl der Betriebstemperaturen werden die beschrieben Vorteile optimal ausgenutzt.In those preferably used in the device according to the invention Process gases phosphine and arsine from the chemical group of hydrides as well as in organometallic process gases, such as indium or Gallium arsenide and indium phosphide, from which the carrier substrate of Compound semiconductor can exist, and the carrier gases hydrogen or Nitrogen is particularly advantageous when it comes to operating temperatures the cooling device is designed for -30 ° C and the heating device for + 100 ° C are. This choice of operating temperatures describes them Optimally exploited advantages.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung besteht die Kühlvorrichtung aus einem die Filtereinheit umgebenden, isolierten Kühlmantel, der an ein Umlaufsystem mit Kältethermostat für ein Kühlmittel angeschlossen ist. Durch diese konstruktive Lösung kann eine handelsübliche Filtereinheit mit auswechselbarer Filterkartusche verwendet werden. Für diese Filtereinheit bildet der externe, an seiner Außenseite isolierte Kühlmantel eine einfache Umhüllung. Ein Austausch einer verbrauchten Filterkartusche ist problemlos möglich. Bei dem Kühlmittel handelt es sich in der Regel um ungiftiges Glykol. Die Regelung der Kühltemperatur erfolgt automatisch über den Kühlthermostat mit Umwälzpumpe.According to one embodiment of the invention, the cooling device consists of a the insulated cooling jacket surrounding the filter unit, connected to a circulation system is connected with a cooling thermostat for a coolant. Through this constructive solution can be a commercially available filter unit with replaceable Filter cartridge can be used. The external one forms for this filter unit the outside of the cooling jacket insulated a simple covering. An exchange a used filter cartridge is easily possible. With the coolant it is usually non-toxic glycol. The regulation of Cooling temperature occurs automatically via the cooling thermostat with a circulation pump.

Vorzugsweise besteht die Heizvorrichtung aus einem flexiblen Heizband, das um die Rohrleitung des Vakuumsystems zwischen Beschichtungsreaktor und Filtereinheit wickelbar ist. Ein solches Heizband läßt sich einfach anbringen und wieder entfernen und garantiert eine optimale Wärmeverteilung entlang der Rohrleitung. Für gegebenenfalls zusätzlich zu beheizende weitere Rohrleitungsstrecken können weitere Heizbänder vorgesehen werden. Erfindungsgemäß kann die Heizvorrichtung an ihrer Außenseite mit einer Isolation umgeben sein. Diese Maßnahme unterdrückt zeitliche Temperaturschwankungen, die durch die thermostatische Steuerung der Heizvorrichtung hervorgerufen werden können, und führt damit zu einer Vergleichmäßigung des zeitlichen Temperaturverlaufs. Bei Verwendung eines Heizbandes kann die äußere Isolation zusätzlich durch eine einfache Umwickelung des Heizbandes mit einer Aluminiumfolie ausgeführt sein. Preferably, the heating device consists of a flexible heating tape that around the pipeline of the vacuum system between coating reactor and Filter unit is windable. Such a heating tape can be easily attached and remove again and guarantees an optimal heat distribution along the Pipeline. For additional heating if necessary Pipeline sections can be provided with additional heating tapes. According to the invention, the heating device can have a Isolation. This measure suppresses temporal Temperature fluctuations caused by the thermostatic control of the Heater can be caused, and thus leads to a Uniformization of the temperature profile over time. When using a Heating tape can also be used for simple external insulation Wrapping the heating tape with an aluminum foil.

Nach einer anderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der Filterkopf der Filtereinheit ebenfalls beheizbar ausgebildet. Diese Maßnahme ist dann von besonderem Vorteil, wenn der Eintrittsdurchmesser in den Filtereingang sehr viel kleiner ist als der Durchmesser der angeschlossenen Rohrleitung, bei der es sich im allgemeinen um einen Wellschlauch handelt. Die Beheizung des Filterkopfes verlagert das Absetzen der Zersetzungsstoffe vollständig in das Filterinnere, in den Bereich der auswechselbaren Filterkartusche. Ein Zusetzen des Filtereingangs durch vorverlagertes Auskondensieren ist so vermieden. Außerdem läßt sich vorzugsweise für die Strömungsrichtung für die Materialströme, im allgemeinen die Abgase aus Prozeßgasen und Zersetzungsstoffen, der Eingang vor dem Filtermantel und der Ausgang hinter dem Filterkern festlegen. Durch diese Vorkühlung wird die Abkühlungsstrecke wesentlich verlängert, so daß die relativ geringe Filterlänge und die moderate Kühltemperatur trotzdem für die vollständige Abscheidung ausreichen. In der Praxis werden dazu Ein- und Ausgang des Filters lediglich miteinander vertauscht.According to another embodiment of the device according to the invention Filter head of the filter unit is also designed to be heatable. This measure is of particular advantage if the inlet diameter in the Filter input is much smaller than the diameter of the connected Pipe, which is generally a corrugated hose. The Heating the filter head shifts the settling of the decomposition substances completely inside the filter, in the area of the replaceable Filter cartridge. A clogging of the filter input by advance Condensation is avoided. In addition, can preferably be used for Direction of flow for the material flows, generally the exhaust gases Process gases and decomposition substances, the entrance in front of the filter jacket and the Define the output behind the filter core. Through this pre-cooling Cooling section significantly lengthened, so that the relatively short filter length and the moderate cooling temperature for complete separation suffice. In practice, the input and output of the filter are only interchanged.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist ein hinter dem Beschichtungsreaktor in einem Abzweig angeordnetes, ebenfalls beheizbar ausgebildetes Rückschlagventil als Teil der Sicherheitseinrichtung vorgesehen. Ein derartiges Sicherheitsventil arbeitet als Überdruckventil, das den Reaktor bei zu hohen Prozeßdrücken entlastet und so vor dem Bersten schützt. Seine Betriebsbereitschaft ist ständig sichergestellt, indem infolge der Beheizung ein unbemerktes Zusetzen des Ventils mit Zersetzungsstoffen verhindert wird, d. h. keine Auskondensation stattfinden kann. Gleiches gilt für die Zuleitung zu einer hinter dem Beschichtungsreaktor in einem Abzweig des Vakuumsystems angeordneten Druckmeßeinrichtung, die erfindungsgemäß ebenfalls zumindest an ihrem Anfang beheizbar ausgestaltet werden kann, so daß kontinuierliche Druckmessungen gewährleistet sind. Die Abzweige, die als Kreuzung gestaltet sein können, befinden sich unmittelbar hinter dem Beschichtungsreaktor, um den Weg zur Filtereinheit so kurz wie möglich zu halten, die dann direkt hinter der Kreuzung angeordnet ist.According to another embodiment of the invention is behind Coating reactor arranged in a branch, also heatable formed check valve provided as part of the safety device. Such a safety valve works as a pressure relief valve that the reactor Relieved of excessive process pressures and thus protects against bursting. His Operational readiness is constantly ensured by a due to the heating undetected clogging of the valve with decomposition substances is prevented, d. H. no condensation can take place. The same applies to the supply line to a behind the coating reactor in a branch of the vacuum system arranged pressure measuring device, the invention also at least can be made heatable at its beginning, so that continuous Pressure measurements are guaranteed. The branches designed as an intersection can be located immediately behind the coating reactor keep the path to the filter unit as short as possible, which is directly behind the intersection is arranged.

Im folgenden soll die Erfindung anhand von Erläuterungen zu der in der Figur dargestellten Prinzipskizze ihres Vakuumsystems noch verdeutlicht und in einem Ausführungsbeispiel spezifiziert werden. In the following, the invention is intended to be explained with reference to that in the figure illustrated schematic diagram of their vacuum system still clarified and in one Embodiment can be specified.

In der Figur ist ein Beschichtungsreaktor 1 in einem Vakuumsystem 2 dargestellt, der über einen flexiblen Wellschlauch 3, einen festen Rohrleitungsabschnitt 4 und eine Kreuzung 5 mit einer Filtereinheit 6, im Beispiel eine Filtereinheit der Fa. Balston mit auswechselbarer Filterkartusche aus Gewebe oder Papier, verbunden ist. Dem Beschichtungsreaktor 1 werden über die mit ihm verbundene Gasversorgungseinheit 28 die Materialströme zugeführt. Aus den Elementen 3, 4 und 5 ist das gesamte Vakuumsystem 2 aufgebaut. Die Verbindungselemente sind einfache Flanschteile 7, im Beispiel Kleinflansche mit 40 mm Durchmesser (KF 40). Der Abstand 8 zwischen dem Beschichtungsreaktor 1 und der Filtereinheit 6 ist äußerst kurz ausgelegt. Von der Kreuzung 5 führt ein linker Abzweig 9 zu einem Rückschlagventil 10, das als Sicherheitsventil für Überdruck im Beschichtungungsreaktor 1 eingesetzt und im Normalfall immer geschlossen ist, und ein rechter Anzweig 11 zu einer Druckmeßstation 12. Ein erstes Druckmeßgerät 13, hier ein Baratron, mißt nach dem kapazitiven Prinzip den Druck im Beschichtungungsreaktor 1. Ein zweites Druckmeßgerät 14 mißt den Druck vor der Filtereinheit 6, der gleich dem Druck im Beschichtungungsreaktor 1 ist. Es ist verbunden mit einem dritten Druckmeßgerät 15, das hinter dem Rückschlagventil 10 angeordnet ist und den Druck hinter der Filtereinheit 6 mißt. Durch Differenzbildung der beiden Druckwerte vor und hinter der Filtereinheit 6 kann auf deren Zusetzungszustand und damit auf den Zeitraum bis zum nächsten erforderlichen Filteraustausch geschlossen werden.The figure shows a coating reactor 1 in a vacuum system 2 , which is connected via a flexible corrugated hose 3 , a fixed pipe section 4 and an intersection 5 to a filter unit 6 , in the example a filter unit from Balston with an exchangeable filter cartridge made of tissue or paper is. The material streams are fed to the coating reactor 1 via the gas supply unit 28 connected to it. The entire vacuum system 2 is constructed from elements 3, 4 and 5 . The connecting elements are simple flange parts 7 , in the example small flanges with a diameter of 40 mm (KF 40). The distance 8 between the coating reactor 1 and the filter unit 6 is designed to be extremely short. From the intersection 5 , a left branch 9 leads to a check valve 10 , which is used as a safety valve for excess pressure in the coating reactor 1 and is normally always closed, and a right branch 11 to a pressure measuring station 12 . A first pressure measuring device 13, here a Baratron, measured according to the capacitive principle of the pressure in the Beschichtungungsreaktor. 1 A second pressure measuring device 14 measures the pressure upstream of the filter unit 6 , which is equal to the pressure in the coating reactor 1 . It is connected to a third pressure measuring device 15 , which is arranged behind the check valve 10 and measures the pressure behind the filter unit 6 . By forming the difference between the two pressure values in front of and behind the filter unit 6, it is possible to infer their state of clogging and thus the period until the next necessary filter replacement.

Die Filtereinheit 6 ist gekühlt, in der Figur entsprechend angedeutet (------). Die Kühlung erfolgt über einen nicht weiter dargestellten Kühlmantel. Die Kühltemperatur wird über ein Kühlthermostat, beispielsweise ein F4 der Fa. Haake, eingestellt. Der Weg 8 zum Beschichtungsreaktor 1 und die Abzweige 9 und 11 von der Kreuzung 5 sowie das Rückschlagventil 10 sind geheizt, in der Figur entsprechend angedeutet (+++++). Die starren Rohrleitungsabschnitte 4, die Kreuzung 5 und die Flanschteile 6 sind dazu mit einem in der Figur nicht weiter dargestellten Heizband umwickelt. Dieses hat im Beispiel eine Gesamtlänge von ca. 3 in bei einem Innenwiderstand von ca. 70 Ω und wird bei einer Betriebsspannung von 220 V von einer PD-geregelten Stromquelle mit einem Strom von 4 A versorgt.The filter unit 6 is cooled, indicated in the figure accordingly (------). The cooling takes place via a cooling jacket (not shown further). The cooling temperature is set using a cooling thermostat, for example an F4 from Haake. The path 8 to the coating reactor 1 and the branches 9 and 11 from the intersection 5 and the check valve 10 are heated, indicated in the figure accordingly (+++++). The rigid pipe sections 4 , the intersection 5 and the flange parts 6 are wrapped with a heating tape, not shown in the figure. In the example, this has a total length of approx. 3 in with an internal resistance of approx. 70 Ω and is supplied with a current of 4 A at an operating voltage of 220 V by a PD-regulated power source.

Die weiteren Einzelheiten in der Figur stehen nicht in direktem Zusammenhang mit den charakteristischen Merkmalen der Erfindung. Sie werden deshalb im folgenden für ein besseres Verständnis der Vorrichtung nur kurz erläutert. Die Verläufe der Materialströme sind durch Pfeile (→) angedeutet.The other details in the figure are not directly related with the characteristic features of the invention. You will therefore be in the following only briefly explained for a better understanding of the device. The The course of the material flows are indicated by arrows (→).

Das aus der Filtereinheit 6 austretende, von allen Zersetzungsprodukten befreite Abgas wird über einen Wellschlauch 16 und ein Rückschlagventil 17 oder ein Bypassventil 18 zu einer Gaswaschanlage 19 geführt. Von dort aus gelangen die gereinigten Gase in das nicht weiter dargestellte Abgassystem, in der Figur durch einen Pfeil angedeutet. Beide Ventile 17, 18 sind während des Kristallwachstums geschlossen. Zur Herstellung von hoch reinem Wasserstoff als Trägergas für die Prozeßgase in den Beschichtungsreaktor 1, wird eine Palladium-Zelle 20 verwendet. Das Abgas aus der Palladium-Zelle 20 in Form von überschüssigem Wasserstoff ("pleed") wird ebenfalls der Gaswaschanlage 19 zugeführt und dann in das Abgassystem geleitet.The exhaust gas emerging from the filter unit 6 and freed of all decomposition products is led to a gas washing system 19 via a corrugated hose 16 and a check valve 17 or a bypass valve 18 . From there, the cleaned gases enter the exhaust system, not shown, indicated in the figure by an arrow. Both valves 17 , 18 are closed during crystal growth. A palladium cell 20 is used to produce high-purity hydrogen as a carrier gas for the process gases in the coating reactor 1 . The exhaust gas from the palladium cell 20 in the form of excess hydrogen ("pleed") is also fed to the gas scrubber 19 and then passed into the exhaust system.

Der Beschichtungsreaktor 1 wird mit einer sogenannten "Vent/Run-Schaltung" betrieben. Alle Gase werden ständig vorrätig gehalten, um durch eine passende Verdünnung mit Wasserstoff eine der Halbleiterzusammensetzung entsprechende Gasmischung erhalten zu können. Das Ablagerungsverhalten wird also nicht durch eine Komponentenänderung, sondern durch eine Änderung der Gasstromgeschwindigkeit beeinflußt. Die zur Herstellung aktuell benötigten Gase werden stufenweise auf den Beschichtungsreaktor 1 zugeschaltet, die nicht benötigten Gase werden währenddessen in einem Vent 23 stabilisiert. Der Vent 23 ist das Auspuffsystem des Gasversorgungssystems 28, über den die nicht benötigten Gase über ein Motorventil 21, ein Ventil 22 und ein weiteres Rückschlagventil 24 in die Gaswaschanlage 19 und dann in das Abgassystem evakuiert werden. Die nicht benötigten Gase werden nicht über die Kühlung geleitet, da sie nicht mit Feststoffen verunreinigt sind. Das Ventil 22 ist während des Kristallwachstums offen und bei der Reaktorbeladung geschlossen, um eine Rückdiffusion zu verhindern. Das Vakuum wird von einer Pumpe 25 erzeugt, die von einem Überwachungssystem 26 kontrolliert wird. Die Pumpe 25 fördert über ein weiteres Rückschlagventil 27 das Gas zur Gaswaschanlage 19.The coating reactor 1 is operated with a so-called "vent / run circuit". All gases are kept in stock in order to be able to obtain a gas mixture corresponding to the semiconductor composition by suitable dilution with hydrogen. The deposition behavior is therefore not influenced by a change in the component, but by a change in the gas flow rate. The gases currently required for production are gradually switched to the coating reactor 1 , while the gases that are not required are stabilized in a vent 23 . The vent 23 is the exhaust system of the gas supply system 28 , via which the unneeded gases are evacuated via an engine valve 21 , a valve 22 and a further check valve 24 into the gas washing system 19 and then into the exhaust system. The unnecessary gases are not passed through the cooling system because they are not contaminated with solids. Valve 22 is open during crystal growth and closed during reactor loading to prevent back diffusion. The vacuum is generated by a pump 25 , which is controlled by a monitoring system 26 . The pump 25 conveys the gas to the gas washing system 19 via a further check valve 27 .

BezugszeichenlisteReference list

1. Beschichtungsreaktor
2. Vakuumsystem
3. Wellschlauch
4. starre Rohrleitung
5. Kreuzung
6. Filtereinheit
7. Flanschteil
8. Abstand 1 zu 6
9. linker Abzweig
10. Rückschlagventil (Sicherheit)
11. rechter Abzweig
12. Druckmeßstation
13. erstes Druckmeßgerät
14. zweites Druckmeßgerät
15. drittes Druckmeßgerät
16. Wellschlauch
17. Rückschlagventil
18. Bypassventil
19. Gaswaschanlage
20. Paladium-Zelle
21. Motorventil
22. Ventil
23. Vent
24. Rückschlagventil
25. Pumpe
26. Überwachungssystem
27. Rückschlagventil
28. Gasversorgungssystem
(------) Kühlung
(++++) Heizung 1. Coating reactor
2. Vacuum system
3. Corrugated hose
4. Rigid pipeline
5th intersection
6. Filter unit
7. Flange part
8. a distance of 1 to 6
9. left branch
10. Check valve (safety)
11. right branch
12. Pressure measuring station
13. first pressure measuring device
14. second pressure measuring device
15. third pressure measuring device
16. Corrugated hose
17. Check valve
18. Bypass valve
19. Gas washer
20. Paladium cell
21. Engine valve
22 valve
23rd Vent
24. Check valve
25. Pump
26. Surveillance system
Check valve
28. Gas supply system
(------) cooling
(++++) heating

Claims

1. Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitermaterialien mit einem Beschichtungsreaktor, der mit einem Gasversorgungssystem zur dosierten Zuführung von Materialströmen, mit einer als Vakuumsystem ausgebildeten Rohrleitungsanordnung zur Führung der eingesetzten Materialströme und einer auswechselbaren Filtereinheit als Reinigungseinrichtung für entstehende Zersetzungsprodukte verbunden ist, und mit Meß- und Sicherheitseinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß die auswechselbare Filtereinheit (6) mit kurzem Weg (8) hinter dem Ausgang des Beschichtungsreaktors (1) im Vakuumsystem (2) angeordnet ist und eine Kühlvorrichtung (------) aufweist und daß der kurze Weg (8) im Vakuumsystem (2) vom Beschichtungsreaktor (1) bis zur Filtereinheit (6) mit einer Heizvorrichtung (++++) versehen ist.1. The invention relates to a device for the production of semiconductor materials with a coating reactor, which is connected to a gas supply system for the metered supply of material streams, with a piping arrangement designed as a vacuum system for guiding the material streams used and an exchangeable filter unit as a cleaning device for the decomposition products formed. and with measuring and safety devices, characterized in that the exchangeable filter unit ( 6 ) is arranged with a short path ( 8 ) behind the outlet of the coating reactor ( 1 ) in the vacuum system ( 2 ) and has a cooling device (------) and that the short path ( 8 ) in the vacuum system ( 2 ) from the coating reactor ( 1 ) to the filter unit ( 6 ) is provided with a heating device (++++).

2. Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitermaterialien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bezüglich der Betriebstemperaturen die Kühlvorrichtung (------) auf -30°C und die Heizvorrichtung auf +100°C ausgelegt sind.2. Device for producing semiconductor materials according to claim 1, characterized in that regarding the operating temperatures, the cooling device (------) to -30 ° C and the heating device is designed for + 100 ° C.

3. Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitermaterialien nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtung (------) aus einem die Filtereinheit (6) umgebenden, isolierten Kühlmantel besteht, der an ein Umlaufsystem mit Kältethermostat für ein Kühlmittel angeschlossen ist. 3. Device for the production of semiconductor materials according to claim 1 or 2, characterized in that the cooling device (------) consists of an insulated cooling jacket surrounding the filter unit ( 6 ), which is connected to a circulation system with a cooling thermostat for a coolant .

4. Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitermaterialien nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (++++) aus einem flexiblen Heizband besteht, das um die Rohrleitung (3, 4, 5) des Vakuumsystem (2) zwischen Beschichtungsreaktor (1) und Filtereinheit (6) wickelbar ist.4. Device for the production of semiconductor materials according to one of the preceding claims 1 to 3, characterized in that the heating device (++++) consists of a flexible heating tape which around the pipe ( 3 , 4 , 5 ) of the vacuum system ( 2 ) can be wound between the coating reactor ( 1 ) and the filter unit ( 6 ).

5. Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitermaterialien nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung an ihrer Außenseite mit einer Isolation umgeben ist.5. Device for the production of semiconductor materials according to one of the preceding claims 1 to 4, characterized in that the heating device is surrounded on the outside with insulation.

6. Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitermaterialien nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterkopf der Filtereinheit (6) ebenfalls beheizbar (++++) ausgebildet ist.6. Device for producing semiconductor materials according to one of the preceding claims 1 to 5, characterized in that the filter head of the filter unit ( 6 ) is also heatable (++++).

7. Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitermaterialien nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die Strömungsrichtung für die Materialströme aus dem Beschichtungsreaktor (1) der Eingang vor dem Filtermantel und der Ausgang hinter dem Filterkern festgelegt ist. 7. A device for the production of semiconductor materials according to one of the preceding claims 1 to 6, characterized in that for the flow direction for the material flows from the coating reactor ( 1 ) the input is defined in front of the filter jacket and the output behind the filter core.

8. Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitermaterialien nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Beschichtungsreaktor (1) ein in einem Abzweig (9) des Vakuumsystems (2) angeordnetes, ebenfalls beheizbar (++++) ausgebildetes Rückschlagventil (10) als Teil der Sicherheitseinrichtung vorgesehen ist.8. Device for the production of semiconductor materials according to one of the preceding claims 1 to 7, characterized in that behind the coating reactor ( 1 ) in a branch ( 9 ) of the vacuum system ( 2 ) arranged, also heatable (++++) formed check valve ( 10 ) is provided as part of the safety device.

9. Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitermaterialien nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung (11) zu einer hinter dem Beschichtungsreaktor (1) in einem Abzweig (11) des Vakuumsystems (2) angeordneten Druckmeßeinrichtung (12) zumindest am Anfang ebenfalls beheizbar (++++) ausgestaltet ist.9. A device for producing semiconductor materials according to one of the preceding claims 1 to 8, characterized in that the feed line ( 11 ) to a behind the coating reactor ( 1 ) in a branch ( 11 ) of the vacuum system ( 2 ) arranged pressure measuring device ( 12 ) at least is also heated at the beginning (++++).