DE3540628C2 - Herstellen eines Epitaxiefilms durch chemische Dampfabscheidung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen eines Epitaxiefilms auf einem scheibenförmigen Substrat durch chemische Dampfabscheidung.

Bei einem derartigen Verfahren wird ein Objekt, bei­ spielsweise ein dünnes scheibenförmiges Substrat, auf dem durch Dampfniederschlag ein Film gebildet werden soll, in eine Reaktionskammer eingebracht und durch einen Träger abgestützt. In die Reaktionskammer wird ein Reaktionsgas eingeleitet, und das Substrat wird mit Hilfe einer Heizeinrichtung auf eine solche Tempe­ ratur erhitzt, daß in dem Reaktionsgas eine chemische Reaktion ausgelöst wird, die zum Niederschlag des Films auf der Oberfläche des Substrats führt.

Herkömmliche Vorrichtungen zur Durchführung des Dampfnie­ derschlagsverfahrens können im wesentlichen in Verti­ kalsysteme und Trommelsysteme unterteilt werden.

Bei den Vertikalsystemen ist der Träger waagerecht in einem Rezipienten angeordnet. Eine Hochfrequenz- Induktionsspule befindet sich unter dem Träger, und eine Düse zur Zufuhr des Reaktionsgases erstreckt sich durch die Mitte des Trägers und der Induktions­ spule. Bei dieser Anordnung wird der Träger während des Dampfniederschlagsvorgang in bezug auf die Düse gedreht.

In einem Trommelsystem ist der Träger als Pyramide mit sechseckiger Grundfläche ausgebildet und in einem Rezipienten angeordnet, während eine Lampe zum Er­ hitzen des Trägers durch Strahlungswärme außerhalb des Rezipienten installiert ist. Eine Einlaßöffnung für das Reaktionsgas befindet sich im oberen Bereich des Rezipienten. Bei dieser Anordnung wird der Träger während des Dampfniederschlagsvorgangs in bezug auf den Rezipienten gedreht.

Wenn in den herkömmlichen, nach dem Vertikalprinzip aufgebauten Vorrichtungen Substratscheiben mit größerem Durchmesser bearbeitet werden sollen, so müssen die Durchmesser des Trägers und des Rezipienten zwangsläufig entsprechend vergrößert werden, so daß eine große Installationsfläche für die Vorrichtung benötigt wird.

Auch die herkömmlichen, nach dem Trommelprinzip aufge­ bauten Vorrichtungen müssen unhandlich große Abmessun­ gen aufweisen, wenn die Größe der zu bedampfenden Substrat­ scheiben erhöht wird. Hierdurch wird die Wartung er­ schwert und die Pumpzeit zum Evakuieren des Rezipi­ enten und damit die Gesamtdauer des Produktionszyklus verlängert. Ferner weist die wärmestrahlungs-Heizung mit Hilfe der Lampe eine geringe Heizleistung im Ver­ gleich zu Hochfrequenz-Induktionsheizungen auf. Auf­ grund der Pyramidenform des Trägers ist es darüber hinaus schwierig, die Bestückung des Trägers mit den Substratscheiben zu automatisieren und hierdurch die Produktivität zu erhöhen.

Aus dem US-Patent 3,645,230 ist eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bekannt. Bei ihr wird Reaktions­ gas von der Unterseite von Substratträgern eingeblasen, und es wird an der Oberseite abgesaugt.

Aus dem US-Patent 3,659,552 ist eine CVD-Vorrichtung be­ kannt, bei der eine Vielzahl von Substraten auf einem zylin­ derförmigen Halter angeordnet ist. Die Substrate werden von außen durch eine Induktions-Heizeinrichtung beheizt. Reak­ tionsgas wird in den Innenraum des zylinderförmigen Halters eingeblasen und dringt von dort zur Außenseite, an der die Substrate gehalten werden.

Das US-Patent 3,637,434 beschreibt eine CVD-Vorrichtung mit einem zylinderförmigen Halter, auf dessen Außenseite Sub­ strate gehalten werden können. Um diesen Halter laufen ein Gasausblasrohr und, um 180° versetzt, ein Gasansaugrohr um. Die Substrate werden von außen durch eine Induktions-Heiz­ einrichtung beheizt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kompakte CVD- Vorrichtung zum gleichmäßigen Bedampfen auf verhältnismäßig großen Substratscheiben anzugeben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist durch die Lehre von An­ spruch 1 gegeben. Eine besonders ausgebildete Gas-Zuführein­ richtung ermöglicht es, auch große Substrate gleichmäßig zu bedampfen.

Bevorzugt ist die Gas-Zuführeinrichtung für jeden Substrat­ träger so ausgebildet, daß ihre Winkelstellung in bezug auf den Träger einstellbar ist.

Die, wie beschrieben, für sich bekannte, geneigte Anordnung des plattenförmigen Trägers gestattet es, eine Substrat­ scheibe mit verhältnismäßig großem Durchmesser auf einem Träger mit verhältnismäßig kleiner Grundfläche anzuordnen, so daß die Vorrichtung, insbesondere die Reaktionskammer, nur geringe Abmessun­ gen aufzuweisen braucht. Durch die kompakte Konstruktion der Vorrichtung wird die Wartung vereinfacht und die Evakuationszeit verkürzt, so daß sich ein kürzerer Herstellungszyklus und eine entsprechend höhere Produk­ tivität ergibt.

Da der Träger durch ein oder mehrere plattenförmige Bau­ teile gebildet wird, kann das Aufbringen der Substrat­ scheiben auf den Träger ohne Schwierigkeiten automati­ siert werden, so daß die Produktivität gegenüber her­ kömmlichen Vorrichtungen mit pyramidenförmigem Träger weiter erhöht wird.

Die Anordnung der Induktionsspulen auf der von dem Substrat abgewandten Oberfläche des Trägers ermöglicht darüber hinaus eine Verbesserung der Heizleistung.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht einer erfin­ dungsgemäßen Bedampfungsvor­ richtung;

Fig. 2 einen Schnitt durch die Vor­ richtung längs der Linie II-II in Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 und 2 umfaßt die Bedampfungsvorrichtung einen umgekehrt-V-förmigen Sockel 1, der von einem Rezipienten 2 aus Quarz umgeben ist. Das Innere des Rezipi­ enten 2 bildet eine Reaktionskammer für den Dampfnie­ derschlagsvorgang. Der Sockel 1 dient als Spulenab­ deckung und als Halter für Werkstückträger.

Zwei plattenförmige Träger 3 aus Graphit oder dergleichen sind auf den Schenkeln des umgekehrt-V-förmigen Sockels 1 montiert. Hochfrequenz-Induktionsspulen 4 in der Form flacher Spiralen sind innerhalb des Sockels 1 in den Positionen der Träger 3 entsprechenden Positionen ange­ ordnet. In der Nähe des unteren Endes jedes der Träger 3 sind zwei vorspringende Haltestifte 5 zur Abstützung der zu bedampfenden Substratscheiben vorgesehen.

In dem Rezipienten 2 sind zwei Düsengruppen 6 ange­ bracht. Jede der Düsengruppen 6 weist eine Anzahl von Öffnungen oder Düsen 7 auf, die dem jeweiligen Träger 3 gegenüberliegen und im wesentlichen über dessen ge­ samte Oberfläche verteilt sind. Die Neigung der Düsen­ gruppen 6 in bezug auf die zugehörigen Träger 3 ist einstellbar, und die Düsengruppen weisen jeweils eine Einlaßleitung auf, die um ihre Achse drehbar ist.

Zur Durchführung des Dampfniederschlagsverfahrens in der oben beschriebenen Vorrichtung werden Substrat­ scheiben 8 mit Hilfe der Haltestifte 5 auf den jeweili­ gen Trägern 3 abgestützt. Die Substratscheiben 8 stehen somit in enger Berührung mit den Trägern 3 und sind Hochfrequenz-Strömen ausgesetzt, die durch die jeweils auf der gegenüberliegenden Seite des betreffen­ den Schenkels des V-förmigen Sockels angeordneten Induk­ tionsspulen 4 induziert werden.

Die Winkelstellung der Düsengruppen 6 in bezug auf die Träger 3 wird derart gewählt, daß die Achsen der Düsen­ gruppen, d. h., der Einlaßleitungen der Düsengruppen, im wesentlichen senkrecht zu dem zugehörigen Träger 3 ausgerichtet sind. Die Induktionsspulen 4 werden mit Hochfrequenz erregt, so daß sie die Substrat­ scheiben 8 durch den Sockel 1 und die Träger 3 hin­ durch erhitzen. Zu diesem Zeitpunkt können die Düsen­ gruppen um ihre Achsen gedreht werden, und das zum Bedampfen der Substratscheiben verwendete Reaktions­ gas wird durch die Öffnungen 7 zugeführt. Das Reaktions­ gas besteht aus einer Mischung aus einer zersetzbaren Verbindung des auf der Substratscheibe abzulagernden Materials in Kombination mit Wasserstoffgas als Träger­ gas.

Die chemische Zersetzung erfolgt in der Reaktionskammer, so daß ein Film des gewünschten Materials auf die Oberflächen der Substratscheiben 8 aufwächst. Die teilweise zersetzten Reaktionsgase strömen zusammen mit dem als Trägergas dienenden Wasserstoffgas abwärts und werden durch einen zwischen dem Rezipienten 2 und dem Sockel 1 bestehenden Zwischenraum aus dem Rezipi­ enten abgesaugt, wie durch die senkrechten Pfeile in Fig. 1 dargestellt wird.

Da in der oben beschriebenen Bedampfungsvorrichtung die Winkelstellung der zur Zufuhr des Reaktionsgases dienenden Düsengruppen in bezug auf die zugeordneten Träger 3 einstellbar ist und da die Düsengruppen ferner um ihre Achsen drehbar sind, kann das Reaktionsgas gleich­ mäßig auf die Substratscheiben 8 ausgeströmt werden, so daß Produkte mit einer hohen Qualität erzeugt wer­ den und die niedergeschlagenen Filme eine gleichmäßige Dicke aufweisen.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Herstellen eines Epitaxiefilms auf einem scheibenförmigen Substrat durch chemische Dampfab­ scheidung, mit

• - mehreren Substratträgern (3), die gegenüber der Vertikalen leicht geneigt sind, zum jeweiligen Tragen eines Substrats (8) auf ihrer Vorderseite;
• - einer Induktions-Heizeinrichtung (4), die zum Beheizen eines Substrats an der Rückseite eines jeweiligen Substrat­ trägers angeordnet ist; und
• - einer Gas-Zuführeinrichtung (6) zum Zuführen von Reak­ tionsgas zu den Substraten;

dadurch gekennzeichnet, daß die Gas-Zuführeinrichtung zuge­ ordnet zu jedem Substratträger eine Gruppe von Düsen (7) aufweist, die ihre Gasströmungen auf den Substratträger richten und die im wesentlichen über dessen gesamte Oberflä­ che verteilt sind, wobei die Gruppe um eine im wesentlichen rechtwinklig zum Substratträger stehende Achse drehbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelstellung der genannten Drehachse der Gas-Zu­ führeinrichtung (6) in bezug auf den zugehörigen Substrat­ träger (3) einstellbar ist.

3. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Induktions-Heizeinrichtung für jedes Substrat (8) die Form einer flachen Spirale (4) auf­ weist.

4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Halter (1) vorhanden ist, der umgekehrt-V-förmige Gestalt aufweist, und daß für jedes Sub­ strat eine Induktions-Heizeinrichtung (4) und ein Substrat­ träger (3) auf entgegengesetzten Seiten eines Schenkels des Halters angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, ge­ kennzeichnet durch zwei Haltestifte (5) an jedem Substrat­ träger (3) zum Abstützen eines jeweiligen Substrats (8).