DE2064470B2 - Vorrichtung zur Durchführung von Reaktionen an erhitzten Substratoberflächen mittels Gastransportprozessen - Google Patents

Description

wird

L^Ö> Sr^SST⁸ 5^uer w Längsrichtung ·' gung laminarer, inerter Gasströme in der Vorwärn> der rohrförmigen Kammer und parallel zu der Ober- und in der Abkühlzone ist es vorteilhaft, wenn zu fliehe der Substrate verlaufenden, laminaren Gas- r> der in der Reaktionszone vorhandenen Filterröhre strömung auf der einen Seite der Substrathalter eine parallele, poröse Filterrohre in der Vorwärm- und in eis Gaseintnttsöffnung dienende, verschlossene, der Abkühlzone vorgesehen sind und sich die durch poröse r-ilterrohre und auf der gegenüberliegenden eine perforierte Wand abgedeckte, die Gasaustritts-Seite eine durch eine perforierte Wand abgedeckte, öffnung enthaltende Kammer auch in den Bereich die Gasaustnttsoffnung enthaltende Kammer vor- to der Vorwärm-und Abkühlzone erstreckt, gesehen ist. Bei den bekannten Vorrichtungen zur kontinuier-

Die erfindungsgenmße Vorrichtung kann dazu ver- liehen Behandlung von Substraten in aufeinanderwendet werden, um z. B, die Substratoberfläche zu folgenden Reaktionsbereichen sind am Anfang und ätzen, um eine Schicht auf ihr aufzuwachsen oder am Ende der Reaktionsbereiche und zwischen den mn Dotierungsstofte von der Oberfläche aus in das 15 einzelnen Reaktionsbereichen komplizierte Isola-Substrat etnzudiffundieren. Der besondere Vorteil tionsvorrichtungen notwendig, welche die Verder erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, mischung unterschiedlicher Gasatmosphären in den (daß anders als bei den bekannten Verfahren auch einzelnen Reaktionsbereichen verhindern sollen. Als «ine Homogenität der Reaktion in Richtung des Gas- solche Isolationsvorrichtu.igen wurden Inertgastfromes gewährleistet ist. Dies 1st möglich, weil der ao vorhänge, Vakuumkammer;., meist in Verbindung Gasstrom anders als bei den bekann"n Verfahren mit Labyrinten usw. vorgeschlagen, die sich jedoch laminar ist und weil er nicht in Richtung der Rohr- alle als unzuverlässig, schwer zu handhaben und zu achse an allen Substrater, in der Reaktionszone vor- aufwendig erwiesen haben. Es ist ein besonderer beifließt und dabei allmählich an den reaktiven Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung, daß die Pestandteilen verarmt, sondern in der Reaktions- 35 Vorwärm- und die Abkühlzone der Reaktionszone zone eine Strecke zurücklegt, die in etwa dem im unmittelbar, d. h. ohne dazwischengeschobene Isola-Verhältnis zur Länge der Reaktionszone in Rohr- tionszonen, benachbart sind. Dies ist deshalb mögöfen kleinen Rohrdurchmessers entspricht. Mit den lieh, weil durch den laminaren Charakter der Gasheute zur Verfügung stehenden Gasdurchflußmessern ströme eine Vermischung parallel zueinander fließen- und Gasdosiereinrichtungen läßt sich der Gasstrom 3" der, unterschiedlich zusammengesetzter Gasströme und damit die Reaktion p.n der Substratoberfläche weitgehend vermieden wird.

außerdem sehr genau und reproduzierbar regeln. Als Es ist vorteilhaft, wenn die Substrathalter aus

weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung Graphit bestehen, der sich besonders leicht heizen kommt hinzu, daß sie ohne kostspielige Umbauten läßt und wegen seiner hohen Wärmelettfähigkeit eine in konventionellen Rohröfen installiert werden 35 sehr homogene Wärmeteilung über die Substratoberkönnen, fläche gewährleistet. Es ist vorteilhaft, wenn in der Bei Anwendungen, bei denen es auf eine extreme rohrförmigen Kammer mehrere aufeiri«inderfolgende Homogenität der Reaktion auf der Substratober- Reaktionszonen vorgesehen sind. Mit dieser Ausfläche ankommt, ist es vorteilhaft, zur Steigerung der gestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen Homogenität in Richtung des Gasstromes eine opti- 40 sich Herstellungsprozesse besonders rationell gemale Strömungsgeschwindigkeit des Gases festzu- stalten. Es ist nur nicht notwendig, zwischen einlegen, wobei bei den heute üblichen Halbleiter- zelnen Reaktionsschritten die Substrate abzukühlen Substratdurchmessern, die in der Größenordnung von und wieder aufzuheizen, was Energie und Zeit ver-5 cm liegen, Strömungsgeschwindigkeiten von etwa braucht, sondern es lassen sich auch für die Durch-10 cm/sec sich als besonders günstig erweisen. Um 45 führung der Reaktionen benötigte Geräte einsparen; die Homogenität der Reaktion auf der Substratober- außerdem läßt sich der Aufwand für die manuelle fläche in Richtung der Rohrlängsachse weiter zu stet- bzw. bei automatisierten Prozessen für die automagerti, ist es vorteilhaft, weil dann alle Substrate exakt tische Handhabung der Substrate, worunter z. B. das gleichen Bedingungen ausgesetzt werden können, Umladen und das Weiterleiten fällt, vermindern, wenn die Substrathalter mit dem Substrat kontinuie-- ;>■> Die Herstellung von Halbleiterbauteilen weitet sich lieh durch die rohrförmige Kammer in Richtung der immer mehr zu einer Massenfertigung aus, und die Rohrachse bewegbar sind. Eine kontinuierliche Be- Abmessungen und Toleranzen werden immer kleiner, wcgung der Substrate durch die Reaktionszone hin- . Da die erfindungsgemäße Vorrichiung sich besonders durch erleichtert außerdem die Automatisierung der für die Massenfertigung eignet und besonders gleich-Reaktion und damit die Verwendung der erfindungs- 55 förmige Frgebnisse bei sehr engen Toleranzen reprogemaßen Vorrichtung in einer automatisierten duzierbar liefert, ist ihre Verwendung beim Bearbei-Massenabfcrtigung. ten von Halbleiterplättchen, in denen z. B. integrierte

Es ist vorteilhaft, wenn als Reaktionsbereiche eine Schaltungen erzeugt werden, besonders vorteilhaft, Vorwärmzone, eine Reaktionszone und eine Abkühl- Em Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den

zone vorgesehen sind. Das Vorhandensein einer Vor- 60 Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden nähei wärmzone unJ einer Abkühlzone erleichtert die Ein- beschrieben. Es zeigt

haltung einer konstanten Temperatur in der Reak- F i g. 1 eine Gesamtansicht eines Reaktionssystems

tionszone. Außerdem werden die Substrate keinem, zur Durchführung epitaktischer Reaktionen, Temperaturschock ausgesetzt, wenn sie sich beim F i g. 2 schematisch eine Seitenansicht eines Teile;

Durchlaufen des *eaktionsbereichs zunächst langsam 65 der Niederschlagszone des in Fig. 1 gezeigten Ge auf die Reaktionstemperatur erwärmen und nach rätes,

Abschluß der Reaktion langsam wieder abkühlen. F i g. 3 schematisch eine vertikale Schnittansich

Um unerwünschte Nebenreaktionen zu verhindern, _:y der in Fig. 2 gezeigten Niederschlagszone mit den

Oeschwindigkeitsprofil des reagierenden Oases unter idealen Bedingungen,

F i g. 4 eine Kurve, in welcher die Wachstumsgeschwindigkeit des Niederschlages als Funktion der Entfernung aufgezeichnet ist,

F i g. 5 eine schematische Gesamtansicht der in Fig. 1 gezeigten Einrichtung,

Fi g. 6 eine genaue Ansicht des Eingangs der in F i g. 1 gezeigten Einrichtung.

material durch die Transportzone und über die ebene Obei Hache des Substrates 36 führen zu können, ist eine Filterröhre mit eine Porengföße von vorzugsweise 10|im aus gefrittetem Quarz oder gesintertem reinem Stahl vorgesehen. Die Filterröhre verhält sich genauso wie ein klassischer poröser Stopfen. Somit tritt bei den reagierenden Gasen keine Änderung der Enthalpie auf, während sie durch die Wandungen der FHterröhre strömen. Auf der ganzen Länge der

Fig. 7 eine genaue Schnittansicht der Einrichtung io Filterröhre 38 werden die reagierenden Gase gleichder F i g. 1 entlang der Linie 7-7 und mäßig in die Niederschlagszone geleitet und erzeugen

F i g. 8 eine teilweise Schnittansicht der Innenseite der Vorheizzone und eines Teil«} der Niederschlagszone entlang der Linie 8-8 in F i g. 7, gesehen von

eine Filterplatte aus gesintertem Stahl sein, deren Porosität ausreicht, einen Gegendruck zu erzeugen, der einige Größenordnungen über dem Druckabfall

SiCI₄ + 2H₂

Wärme

Si+ 4HCl.

Die tatsächliche Reaktion ist komplexer und hängt ab von den Konzentrationen der Reagenzien, der Temperatur, dem Druck und der Form des Reaktors, die alle zu verschiedenen Nebenreaktionen führen

dort eine laminare Strömung. Auf der gegenüberliegenden Seite der Zone ist ein Abgasleitblech 40 vorgesehen, welches von den reagierenden Gasen

der Rückseite der in Fi g. 1 gezeigten Einrichtung. 15 nach Überstreichen der Oberfläche des Substrates 36 Obwohl Verfahren und Einrichtung sich grund- umströmt wird. Das Abgasleitblech 40 kann z. B. sätzlich auf zahlreiche Dampf-Transportprozesse anwenden lassen, wird mit dem Ausführungsbeispiel
nur eine Reaktion beschrieben, und zwar die Reduzierung von Siliziumtetrachlorid durch Wasserstoff, ao in Längsrichtung im Abgasgehäuse 42 liegt. Das beschrieben durch die Gleichung: Abgasleitblech kann auch eine perforierte Stahlplatte

mit etwa 150 Öffnungen pro mm² mit einem Durchmesser von je 25 μπι sein. Das Filterrohr 38 und das AbgasicUblech 40 stellen zusammen eine Lamtnar- »5 strömung über der Oberfläche des Substrates 36 sicher, die durch die parallelen Linien in F i g. 2 dargestellt ist.

F i g. 3 zeigt die Ideatbedingung einer Laminarströmung in einer vertikalen Ebene. Das Geschwinkönnen. Da die Reaktion umkehrbar ist, können mit 30 digkeitsprofll 44 zeigt, wie der diffusionsbegrenzte ihr auch Ätzung und andere Massentransport- Transport stattfindet. Die Geschwindigkeit der reagieprozesse durchgeführt werden. So ist z. B. die Dispro- renden Gase ist an der Substratoberfläche Null und portionierung, Zersetzung, Kondensation und das wird nach oben bis zu einer Höchstgeschwindigkeit Kracken von Gasen möglich. Da eine Anzahl dieser zunehmend größer. Von dem gasförmigen Material Reaktionen auch umkehrbar ist, ist außerdem die 35 wird das Reaktionsprodukt auf der Substratober-Entfernung von Material von Substratflächen sowie fläche niedergeschlagen. Dadurch ergibt sich im Gas

eine ungleiche Konzentration und eine Diffusion in Richtung auf den Niederschlagsbereich, d. h. auf die Substratoberfläche. Die Substrate werden durch nicht dargestellte Einrichtungen auf die gewünschte Reaktionstemperatur erwärmt, und während die Reagenzien auf diese heiße Oberfläche hin diffundieren, durchlaufen sie einen Temperaturbereich, der an der Substratoberfläche ausreicht, um die gewünschte

gang 12 und am anderen Ende einen Ausgang 14, 45 Reaktion erfolgen zu lassen. Da die reag'irenden die später beide noch genauer beschrieben werden. Gase in laminarer Strömung über die Substratober-Der Mittelteil de» Rohres 10 umfaßt eine Kammer, flächen geführt werden, Faßt steh eine hn wesentlichen Cie Is drei Prozeßzoeen tmtetteitt ist, und zwar gleichförmige and regelbare Niederschlagsgeschwm-Vorwärm-, Niederschlags- und Afokühtongszone. Eine digkeit aufrechterhalten. Somit wird der Niederschlag Anzahl von Gaseinführnngsröhren 16 bis 24 ist für 50 oder andere Reaktionen von Dampfphasen durch die die Gaszufuhr zn den verschiedenen Zonen vor- DHtuskmsgeschwindigkeit in die niedergeschlagene gesehen. Abgase verlassen das Prozeßrohr durch die Grenzzone begrenzt. Da ohne Turbulenz gearbeitet Abgasröhrchen 26. In einem Wassermantel fließt wird, können anvorhersehbare Unregelmäßigkeiten Kühlwasser am, welches durch Wassereingangsrohre hn Strömungsmnster keine unregelmäßigen Nieder-28 zugeführt wird und durch WasseraBsIaofroiire 30 55 schlage an verschiedenen Stelle» der Substratoberwieder abläuft, die an der Ober- bzw. Unterseite des fläche hervorrufen.

Prozeßrohres 10 angebracht sind. Halbleitersubstrate Es ist zu beachten, daß einige der gasförmigen

werden aof Trägem 32 befestigt, die kontinuierlich Reagenzien aus dem Dampfstrom entfernt werden, durch das Prozeßrohr 10 geführt werden können. während dieser fiber das Substrat und den Träger Außerdem ist eine Öffnung 34 für die Betrachtung 60 streicht and daher die eigentliche Konzentration der der Substrate während des Prozesses beim Durch- Reagenzien zur Entfernung vom ersten Niederschlags-

psnkt an umgekehrt proportional ist and dadurch die Diffusions- oder Niederschlagsgeschwindigkeit an den Punkten herabgesetzt wird, die von der Vorderkante 6$ des Snbstratträgers weiter entfernt sind, wie es in F i g. 4 dargestellt ist.

in der in Fig. 4 gezeigten Kurve ist der Niederschlags-Zuwachs in Abhängigkeit von der Entfernung

der Niederschlag von Material möglich. Bei dieser Beschreibung ist es daher klar, daß jeder wärmemduzierte Niederschlag von chemischen Dämpfen sowie Ätzverfahren eingeschlossen sein sollen.

In F i g. 1 ist eine Einrichtung zur Durchführung dieser Prozesse dargestellt und mit der Nr. 10 bezeichnet. Die rohrartige Einrichtung 10 hat einen rechteckigen Querschnitt, an einem Ende einen Ein-

faofen der Niederschlagszone vorgesehen.

Vor einer genaueren Beschreibung des in Fig. 1 gezeigten Prozeßrohres wird zunächst seine Arbeitsweise allgemein beschrieben.

F i g. 2 zeigt schematisch eine Draufsicht einer idealen Niederschlags- oder Dampftransportzone. Um ein in der Gasphase befindliches Reaktions-

Vom Beginn des Niederschlages auf der ebenen Ober- kann eine Strömung gasförmigen Materials in Längs-Häche des Substrates aufgezeichnet. Der höchst«! Zu- richtung nicht zugelassen werden, weil sich dadurch wachs ist reaktionsbegrenzt und tritt nur auf, wenn die verschiedenen Gase in den Zonen mischen würdie Konzentration der Gase konstant bleibt. Diese den. Um eine solche Längsströmung zu verhindern, Bedingung ist aber nur am ersten Niederschlagspunkt 5 muß der Druck an jedem Ende des Prozeßrohres ge&taen, da die Konzentration danach abnimmt. Der gleich sein. Da der Druckabfall durch die Wände Niederschlagszuwachs ist somit diffusionsbegrenzt der Filterrohre wesentlich größer ist als der Druck-Und abhängig von der Geschwindigkeit, mit der sich abfall in Längsrichtung des Reaktionsrohres, ist der die reagierenden Gase über die SubstratoberlVäche Massenfluß pro Längeneinheit des Filterrohres konhlft bewegen. Bei einer Geschwindigkeit von z.B. io stant. Und da dieser Massenfluß durch die Filterrohre lOcm/sec ist der Niederschlag eine kurze Strecke bei konstanter Temperatur nur eine Funktion des hinter dem Beginn fast konstant, wie Punkt 41 zeigt. Dnickes ist, ist er konstant für einen konstanten Ein-Wenn die Substrate nicht an der Vorderkante des gangsdruck. Die Vorrichtung arbeitet nicht mit einem Substratträgers befestigt, sondern etwas nach hinten genauen Meßsystem für separate Gasströmungen, versetzt sind, wie es in den Fig. 2 und 3 dargestellt 15 sondern mit einem Druckausgleich, wie er in Fig. S ist, fällt das ganze Substrat in den flachen Teil 41 gezeigt ist. Wasserstoffgas wird der Vorwärm- und der Kurve. Im Gegensatz zu einem Turbulenzsystem, der Kühlzone zugeführt und ein Trägergas durch das in dem fast senkrechten Teil der Kurve arbeitet, eine Eingangsleitung 53 in das System eingebracht, ist ein Laminar-Strömungssystem genauer steuerbar Die reagierenden Gase H₂ und SiCl₄ werden in sepa- und dadurch leichter reproduzierbar. Da die Kurve ao raten Leitungen in die Niederschlagszone eingeführt, für den Niederschlag mit zunehmender Entfernung Da in jeder der drei Zonen eine Laminarströmung

ständig etwas abnimmt, werden die reagierenden aufrechterhalten wird, erfolgt keine Mischung der Materialien vorzugsweise über nur ein Substrat Gase zwischen den Zonen außer einer kleinen Difgeführt. fusionsmenge, die durch einen Konzentrationsgra-

Wenn die Konzentration der Materialien in der 45 dienten von SiCl₄ zwischen der Niederschlagszone gasförmigen Phase kleiner ist als die Konzentration und den angrenzenden Zonen verursacht wird. Das V, dem Bereich unmittelbar über der Substratober- Arbeiten mit der Laminarströmung gestattet, den fläche, tritt eine Umkehrung des diffusionsbegrenzten ganzen, aus drei Schritten bestehenden Niederschlags-Transports auf, und es ist eine Ätzung oder Entfer- prozeß in einer Kammer auszuführen, ohne daß nung von Material aus dem Substrat möglich. Wenn 30 Sperren oder andere Isolationseinrichtungen zwiz. B. HCl als reagierendes Gas und Silizium als sehen den einzelnen Prozeßschritten benötigt werden. Substratoberfläche verwendet wird, resultiert daraus In F i g. 5 sind außerdem zwei Wärmeschilde 54

eine Umkehrung der oben l>eschriebenen Reaktion und 56 gezeigt, mit denen bei Bedarf der Verlust und die Erzeugung von SiCl₄ und H₂. von Strahlungswärme von den erwärmten Substraten

In F i g. 5 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfin- 35 36 reduziert werden kann, ohne daß die Laminardung schematisch dargestellt. In der Mitte der strömung der Gase in der Reaktionszone wesentlich Prozeßröhre befindet sich die Niederschlagszone. beeinflußt wird. Die Wärmeschilde können 7. B. per-Diese Zone arbeitet genauso, wie es oben im Zu- forierte Molybdänbleche mit einer Dicke von 1,5 mm sammenhang mit den Fig. 2 und 3 beschrieben und etwa 10°/o offener Fläche sein. Bis zu welchem wurde. Um jedoch eine geregelte Umgebung für den 40 Grad die Laminarströmung beeinträchtigt werden Reaktionsablauf sicherzustellen, ist eine Vorwärm- kann, um den Strahlungswärmeverlust durch die zone für die in die Niederschlagszone eintretenden Plättchen zu reduzieren, ist eine Frage der Wirt-Substrate vorgesehen. In dieser Vorwärmzone wer- schaftlichkeit.

den die auf dem Substratträger 32 liegenden Substrate Das in F i g. 1 gezeigte Prozeßrohr 10 besteht aus

vor Eintritt in die Niederschlagszone auf die richtige 45 einem rechteckigen langen Rohr mit einem Eingang Reaktionstemperatur gebracht. Unter den Substrat- 12 und einem Ausgang 14. Das Prozeßrohr kann trägern 32 liegt im wesentlichen unter der Gesamt- z. B. etwa 3 m lang sein. Eingang und Ausgang sind länge der Vorwärm- und der Niederschlagszone ein ähnlich autgebaut und gestatten die Durchführung WiilerstandsheizeletTjerit, des nicht dargestellt ist. von Substraten in die und aus der Prozeßzone Während die Substrate erwärmt werden, wird Wasser- 50 F i g. 6 zeigt eine Draufsicht tfSs Eingangs. Das "Toi stoffgas von hohem Reinheitsgrad durch ein Vor- kann aus einer oberen Platte 58 und einer unterei wärmfilterrohr 52 in die Vorwärmzone eingeführt, Platte 60 bestehen, die so ausgenommen sind, dal um sicherzustellen, daß keine Verunreinigungen in ein Substratträger 32 mit Minimalabstand durch dei die Niederschlagszone gelangen und um Neben- Schlitz laufen kann. Ein Schutzgas, vrie z. B. Argon reaktionen zu vermeiden. Die Vorwärmzone ist ge- 55 wird kontinuierlich durch ein Rohr 62, welches mi nauso aufgebaut wie die oben beschriebene Nieder- dem Schlitz in den Platten 58 und 60 in Verbindun Echlagszone. Der Wasserstoff strömt in laminarer steht, dem Tor zugeführt. Die Lage des Tores 62 at Strömung über die Oberflächen der Plättchen. der Platte 58 in Längsrichtung wird bestimmt m Ab

In Durchlaufrichtung gesehen hinter der Nieder- hängigkeit von der Größe deT öffnung zwischen dei schlagszone liegt eine Kühlzone. Diese Zone wird «° Schlitz und dem Substratträger, der Druckdiffereri wie die Vorwärmzone und die Niederschlagszone mit zwischen der Atmosphäre und der Innenseite d< Gas, welches durch ein Kühtfilterrohr 53 zugeführt Prozeßrohres und dem Grad, in welchem ei wird, in laminarer Strömung durchflossen. In der Entweichen von Argon in das Prozeßrohr htnei Kühlzone sollen Spuren von SiO₄ entfernt werden, toleriert werden kann. Vorzugsweise sollte im Au die aus der Niederschlagzone übertragen wurden, 65 fuhningsbeispiel etwa I Liter Argon/Minute in ds und die Substrate sollen vor dem Verlassen des Prozeßrohr und 2 Liter/Minute in die Atmosphäi Rohres 10 gekühlt werden. entweichen können. Die Länge des Eingangs- odi

Für den erfolgreichen Betrieb des Prozeßrohres 10 Ausgangstores sollte so bemessen sein, daß ein au

reichender positiver Druck im System aufrechterhal- seiner Oberseite unter die Reaktionstemperatur ge-

ten Wird. kühlt. Das Gas wird durch ein oberes Filterrohr 82

Die Substrattrager 32 können aus hochgradig rei- zugeführt, welches in der Seitenplatte 76 befestigt

nein, handelsüblichem Graphit hergestellt sein und und an die Zuleitung 21 angeschlossen ist. Als Gas

eine Längsführung aus pyrolithischem Graphit oder 5 kann Wasserstoff benutzt werden, der von der oben

Molybdän aufweisen, die auf der ganzen Träger- im Zusammenhang mit F tg. 5 besprochenen Quelle

kante entlanglauft. Der Träger 32 ist allgemein zugeführt werden kann.

rechteckig, vorzugsweise quadratisch, und muß eine Um Verluste in der Niederschlagszone zu vermei-

flache Vorder- und Hinterkante aufweisen, um eine den und die Wärme im Prozeßrohr aufrechtzuerhal-

Dichtung zwischen den Trägern zu gewährleisten, io ten, ist ein Bodenfilterrohr 84 vorgesehen, welches

während sie kontinuierlich durch das Prozeßrohr direkt unter dem Niederschlagsfilterrohr 38 an der

laufen. Substrate sind, um Turbulenzen zu vermei- rechten Seitenplatte 76 befestigt und mit der unteren

den, auf den Trägern 32 so angebracht, daß ihre Gaszufuhr 29 verbunden ist. Das Gas, z. B. Argon

ebenen, den Niederschlag aufnehmenden Oberflächen vom Rohr 84, fließt unter den Führungsschienen 54

mit der Oberfläche des Trägers fluchten. Der Träger 15 und durch die Wänneschilde 86.

muß wesentlich größer sein als die Substrate, damit Nachdem es durch den Reaktionsbereich geströmt

der flache Teil der Aufwachskurve von F i g. 4 auf ist, trifft es auf das Abgasleitblech 40, dessen Funk-

das Substrat fällt. Die Träger werden durch einen tion oben im Zusammenhang mit F i g. 2 beschrie-

bekannten Zuführmechanismus kontinuierlich in das ben wurde. Die Gase verlassen dann das Prozeßrohr

Prozeßrohr eingeführt. ao durch das Abgasrohr 26.

Aus den Fig. 7 und 8 geht hervor, daß das Pro- Um die Temperatur des Prozeßrohres zu steuern zeßrohr in drei verschiedene Abschnitte unterteilt und überschüssige Wärme aus der Niederschlagsist. Gemäß obiger Beschreibung liegt die Nieder- zone abzuführen, sind Ober- und Unterseite des Proschlags- oder Dampftransportzone in der Mitte. Der zeßrohres mit Wassermänteln 88 ausgestattet.
Boden der Transportzone wird vom Substratträger as Fig. 7 zeigt außerdem die Betrachtungsöffnung 32 und den Führungsschienen 64, die Seitenwandun- 34, die auf Wunsch in bekannter Art eingebaut wergen von den Wärmeschilden 54 und 56 und die den kann.

Decke von dem Wärmeschild 66 gebildet. Die Trans- Das gezeigte Ausführungsbeispiel kann die richti-

portzone wird in Längsrichtung durch das Filterrohr gen Bedingungen für einen diffusionsbegrenzten

38 begrenzt. 30 Massentransport schaffen und aufrechterhalten, wie

Direkt unter der Vorwärmzone verläuft in Längs- er allgemeiner im Zusammenhang mit den Fig. 2, 3 richtung des Rohres in der Vorwärm- und der Nie- und 4 beschrieben ist. Beim Betrieb des Prozeßrohres derschlagszone ein Widerstandsheizstreifen 68, der ist natürlich eine Anlaufperiode erforderlich. Um die auf hitzebeständigen Stangen 70 gelagert ist Der richtigen Bedingungen für den Wärmeaustausch Heizstreifen 68 kann aus Graphit bestehen und ist 35 sicherzustellen, wird der Heizstreifen eingeschaltet an beiden Enden an einem Klemmenblock 72 be- und das Trägergas Wasserstoff an alle Eingangsfestigt. Da der Heizstreifen 68 sich bei Erwärmung leitungen angelegt. Das Prozeßrohr wi,d vorzugsausdehnt, ist am Eingangsende des Prozeßrohres 10 weise mit Substratträgern und irgendwelchen Attrapein Gleitblock mit Druckfedern angeordnet. Mit dem pen gefüHt, damit die richtigen Bedingungen ent-Heizstreifen 68 ist an beiden Enden ein elektrischer 40 stehen. Sowohl dem Eingangs- als auch dem AusAnschluß 74 verbunden, der durch die Bodenplatte gangstor ist Argon zuzuführen, um das im Prozeßdes Prozeßrohres läuft und am besten in Fig. 7 ge- rohr fließende Gas am Entweichen in die Atmozeigt ist. sphäre zu hindern. Wenn die Bedingungen im Pro-

Um gasförmiges Material durch die Niederschlags- zeßrohr stabil sind, kann das reagierende Material zone führen zu können, ist rechts vom Wärmeschild 45 SiCI₄ dem in die Niederschlagszone führenden 54 das Filterrohr 38 vorgesehen, welches mit der Wasserstoffstrom in der gewünschten Menge beiGaszufuhr 17 durch die rechte Seitenplatte 76 ver- gesetzt werden. Dann können Substrate kontinuierbunden ist Eine obere und untere Gaskammerteilung Hch durch das PlözeBftihf geführt «esdefL Aa. den 78 bzw. JO begreift das gasföfmrgS Material auf Me kamm ElfSttentetf ifis S^tSnTS feöef MrJ «tef nüf M^ßms&, 50 eio gjeringerffiesJteße&lag statt» wefi nur Substrate

Um einen Niederschlag anf dem Wtajeschäd 66 und Substrattrager ättf die richtige NiederseMags-

zu verfiierdea, wird dieser durch einen Gasstrom auf temperatur erwärmt werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

1. ι ²

   hjtzten Substraten mittels Gastransportprozessen in

   Patentansprüche: _e|_{ner ro}hrförmige Reaktionsbereiche aufweisenden

   ¹ l. Vorrichtung zur Durchführung von Reak- Κ«"¹""· » . intearierten Halbleiterschal

   ticroen an der Oberfläche von erhitzten Substraten Die Herstdl»ng ewer inttgnei^f™¹™™™™-

   mittels Gastransportnrozessen in einer rohrför- 5 tung die unter Umständen eine groß Anwl·^ver-

   mige Reaktionsbereiche aufweisenden Kammer, schiedener^»fÄ'ÄÄ^

   dadurch κ e k e η η ζ e ί c h η e t, daß zur Er- zahlreiche Verfahrenssclntte. Pa ferner oder I oJe-

   ?eugung eLfquerTruVgsricnluSfder rohr- ranzüberschreit ungen be,, jedem e njgai &hmt «

   förmigen Kammer (10) und parallel zu der Ober- Ausschuß fuhren können müsse dicse ScImtte so

   fläche der Substrate (36) verlaufenden, laminaren xp ausgeführt werden, daß dabei gut ;^eP^^iuzierf"de

   Gasströmung (44) auf der einen Seite der Sub- Resultate bei einem vertretbaren Aufwand eraelt

   stratbalter (32) eine als Gaseintrittsöffnung die- werden. . _rfen„„„ ·„,„„ · ^

   nende, verschlossene, poröse Füterröhre (38) Sehr häufig werden be, der Herstellung mtegnerter

   und auf der gegenüberliegenden Seite eine durch Schaltungen Verfahren zur Oxydation, zur Diffusion,

   eine perforierte Wand (40) abgedeckte, die Gas- *₅ zum epitaktischen Niederschlagen und zum Atzen

   austrittsöffnung enthaltende Kammer (42) vor- von Halbleitermaterial angewendet. Bei allen diesen

   gesehen ist Verfahren reagieren im Tragergas enthaltene Ver-
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- bindungen und verändern dabei die Substratoberkennzeichnet, daß der laminare Gasstrom auf fläche. Zu diesen Reaktionen gehör--« /ά. der Nieeine festgelegte Strömungsgeschwindigkeit ein- 20 derschlag aus der Dampfphase oder die üampfregelbarist. ätzung, die Berührung zwischen einem gasformigen
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge- Medium und einem festen Substrat, auf dem entkennzeichnet, daß der laminare Gasstrom auf weder Materie niedergeschlagen oder von welchem eine Strömungsgeschwindigkeit von etwa 10 cm/s Materie entfernt wird.

   eingeregelt ist. 25 Üblicherweise werden bei den Verfahren der ge-
4. 4. Vorrichtung nach einerc oder mehreren der nannten Art die Reaktionen in geschlossenen oder Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß offenen Röhren durchgeführt. Beide Methoden werdie Substrathalter (32) mit den Substraten (36) den sowohl im Laboratorium als auch in der Fabrikontinuierlich durch d-.e rohrförmige Kammer in kation noch heute häufig angewendet. Beim Ver-Richtung de Rohrachse bewegbar sind. 3° fahren der geschlossenen Röhre werden die Substrate
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge- zusammen mit gewissen Reaktionsmaterialien in eine kennzeichne», daß ais Re* ktionsbereiche eine Quarzröhre eingeschlossen. Die Röhre wird auf Vorwärmzone, eine Reaktion' zone und eine Ab- Reakiionstemperatur gebracht, unter Umständen werkühlzone vorgesehen sind. den die in der Röhre befindlichen Objekte individuell,
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge- 35 ζ. Β. durch Hochfrequenzheizung erwärmt, wodurch kennzeichnet, daß zur Erzeugung laminarer, bei richtiger Einhaltung aller Parameter die geinerter Gasströme in der Vorwärm- und in der wünschte Reaktion in Gang kommt. Die Methode Abkühlzone zur Filterröhre (38) parallele, poröse arbeitet relativ langsam, und da«. Einsetzen und Her-Filterröhren (52, 53) vorgesehen sind und die ausnehmen der Arbeitsobjekte in die Röhre ist recht durch eine perforierte Wand (40) abgedeckte, 4° umständlich. Man ist deshalb mehr und mehr zur die Gasaustrittsöffnung enthaltende Kammer (4?) Methode der offenen Röhre übergegangen, bei der Sich auch über den Bereich der Vorwärm- und Reaktionsgase kontinuierlich durch die Röhre geder Abkühlzone erstreckt. leitet werden. Nachteilig ist dabei, daß regelmäßig
7. 7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der die Reaktionsgase der Länge nach durch die Röhre Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß 45 geleitet werden, weshalb ein Konzentrationsgefälle tier Reaktionsbereich mindestens teilweise von entlang der Röhre entsteht. Objekte wie z. B. Sub-Wärmeschilden (54, 56, 66, 86) umgeben ist. strate. die sich in der Röhre befinden, erfahren da-
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge- durch eine ungleichmäßige Behandlung,
   kennzeichnet, daß die Vorwärm- und die Ab- Es wurden bereits Vorschläge gemacht, diese kühlzone der Reaktionszone unmittelbar be- 50 Nachteile durch besonders genaue Steuerung der flachbart sind. Reaktionstemperaturen sowie der Konzentration der
9. 9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Reaktionsmittel zu beseitigen. Um die Wirkung von Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß erschöpften Reaktionsgasen zu vermeiden, wurden die Substrathalter (32) aus Graphit bestehen. eine Reihe von Röhren, Gefäßen usw. entwickelt,
10. 10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der 55 die den Durchfluß der Reaktionsgase so turbulent als Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß möglich gestalten sollen. Man versuchte dadurch In der rohrförmigen Kammer (10) mehrere auf- einen gleichmäßigeren Niederschlag auf den Subeinanderfolgende Reaktionszonen vorgesehen stralen zu erreichen. Damit gelang es zwar die besind, nötigten Reaktionszeiten stark abzukürzen, das Pro-
11. 11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der 60 blcm des ungleichmäßigen Niederschlages konnte Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch ihre jedoch nicht gelöst werden, und die Produkte dieser Verwendung beim Bearbeiten von Halbleiter- Verfahren enthielten viel Ausschuß infolge von ToIcplättchen. ranzüberschreitungen.

    Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrich-

    ———— 65 tung anzugeben, mit der Subtratoberflächen mittels

    eines über sie hinwegfließenden Stromes eines reak-

    Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durch- liven Gases gleichförmig und reproduzierbar Verführung von Reaktionen an der Oberfläche von er- ändert werden können.