Bei der Gasphasen-Epitaxie, insbesondere bei der epi
taktischen Beschichtung von Halbleiterscheiben tritt
das Problem auf, daß zur Erzielung einer gleichmäßigen
Schichtdicke das zu beschichtende Substrat im Gasstrom
innerhalb des Reaktors bewegt werden muß. Da die Epi
taxie selbst in einer hochreinen Atmosphäre durchge
führt werden muß, wird dies bislang mit einer sehr auf
wendigen Technik durchgeführt, indem insbesondere Dreh
durchführungen in den Reaktor eingebaut werden. Die
Drehung des Substrattellers, auf dem die zu beschich
tenden Halbleiterscheiben angeordnet sind, wird folg
lich über eine besonders abgedichtete Durchführung oder
auch über gekapselte Magnetköpfe vorgenommen. ferner
wurde bereits vorgeschlagen (Electronics Week, 4. März 1985,
Seite 24), die zu beschichtenden Substrate auf einem
Gaspolster schwebend zu lagern, wobei dieses Gas selbst
aus dem Abscheidungsgas bzw. aus dem Trägergas besteht.
Hierzu werden die Substrate über Düsen so stark mit dem
Abscheidungsgas bzw. dem Trägergas angestrahlt, daß sie
von der Grundlage abheben und während des Abscheidungs
prozesses berührungslos durch den Gasdruck gehaltert
werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß auch dieses
Abscheidungsverfahren nicht zu optimalen Verhältnissen
führt.In gas phase epitaxy, especially in epi
tactical coating of semiconductor wafers occurs
the problem on that to achieve a uniform
Layer thickness of the substrate to be coated in the gas stream
must be moved within the reactor. Since the Epi
taxie even in a high purity atmosphere
must be performed, this is so far with a very
agile technology carried out by turning in particular
bushings are installed in the reactor. The
Rotation of the substrate plate on which to coat
tendency semiconductor wafers are arranged, follows
Lich about a specially sealed bushing or
also made via encapsulated magnetic heads. further
has already been proposed (Electronics Week, March 4, 1985,
Page 24), the substrates to be coated on a
To store gas pads in suspension, this gas itself
consists of the deposition gas or the carrier gas.
For this purpose, the substrates are so strong with the nozzle
Deposition gas or the carrier gas that they are illuminated
stand out from the base and during the deposition
process held contactless by the gas pressure
will. However, it has been shown that this too
Deposition processes not at optimal ratios
leads.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren und die zu seiner Durchführung erforderliche
Vorrichtung anzugeben, mit dem hochqualitative und
gleichmäßige Epitaxieschichten erzeugt werden können.
Diese Aufgabe wird bei einem Gasphasen-Epitaxieverfah
ren, bei dem die Halbleiterscheiben während der Abschei
dung bewegt werden, dadurch gelöst, daß der Trägerkör
per für die Halbleiterscheiben durch einen gerichteten
Gasstrahl in Drehung versetzt wird.The invention is therefore based on the object
Procedures and those necessary for their implementation
Specify device with the high quality and
uniform epitaxial layers can be generated.
This task is performed in a gas phase epitaxy
in which the semiconductor wafers during the deposition
manure are moved, solved in that the carrier body
per for the semiconductor wafers by a directed
Gas jet is rotated.
Hierbei ist es vorteilhaft, wenn der Trägerkörper für
die Halbleiterscheiben gleichzeitig auf einem Gaslager
schwebend gehalten wird, wobei die die Drehung des
Trägerkörpers verursachende Düse vorzugsweise tangen
tial auf den Rand des Trägerkörpers einwirkt. Zur Gas
lagerung des Trägerkörpers kann einmal die an sich be
kannte Abhebemethode verwendet werden. Es besteht je
doch auch die Möglichkeit, das hydrodynamische Para
doxon auszunutzen.It is advantageous if the carrier body for
the semiconductor wafers simultaneously on a gas bearing
is suspended, the rotation of the
The nozzle causing the carrier body should preferably be pressed
tial acts on the edge of the support body. To the gas
Storage of the support body can be the one per se
known lifting method can be used. It ever exists
but also the possibility of the hydrodynamic para
to take advantage of doxon.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des genannten Gas
phasen-Epitaxieverfahrens besteht vorzugsweise aus
einem Rotationskörper als Trägerkörper mit zwei ein
ander gegenüberliegenden parallelen Aufnahmeflächen für
die zu beschichtenden Halbleiterscheiben. Zur Führung
der gewölbten Außenfläche des Trägerkörpers wird eine
an die gewölbte Außenfläche des Trägerkörpers angepaßte
Kalotte verwendet, in deren Oberfläche die Austritts
öffnungen für das Gas angeordnet sind. Dabei ist wenig
stens eine Düse so angeordnet, daß sich der Rotations
körper um seine Achse dreht, während er durch die übri
gen Düsen über die Kalottenfläche angehoben wird. Bei
dem Rotationskörper kann es sich um eine Kugelschicht
oder um eine Ellipsoidschicht handeln. Bei der Kalotte
handelt es sich dementsprechend um eine Kugelkalotte
oder um eine Kalotte mit konkaver, ellipsoider Ober
fläche. Die Düsen können auch so angeordnet werden,
daß sich der Rotationskörper um zwei senkrecht zuein
ander stehende Achsen dreht, wodurch eine optimale Be
wegung der Halbleiterscheiben im Gasstrom des Reaktors
erreicht wird.A device for carrying out the gas mentioned
phase epitaxy method preferably consists of
a rotating body as a carrier body with two one
other opposite receiving surfaces for
the semiconductor wafers to be coated. For guidance
the curved outer surface of the carrier body becomes a
adapted to the curved outer surface of the carrier body
Dome used in the surface of the outlet
openings for the gas are arranged. There is little
least a nozzle arranged so that the rotation
body rotates around its axis as it passes through the rest
gen nozzles is raised over the calotte surface. At
the rotating body can be a spherical layer
or an ellipsoidal layer. With the calotte
accordingly, it is a spherical cap
or a dome with a concave, ellipsoidal upper
area. The nozzles can also be arranged
that the body of revolution is perpendicular to each other
other standing axes rotates, whereby an optimal loading
movement of the semiconductor wafers in the gas stream of the reactor
is achieved.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung er
geben sich aus den Unteransprüchen. Ferner wird die
Erfindung nachstehend noch anhand von Ausführungsbei
spielen näher erläutert. Die Fig. 1 und 2 zeigen
hierbei Schnittdarstellungen durch einen Gasreaktor und
durch die Vorrichtung zur Führung des Trägerkörpers für
zu beschichtende Halbleiterscheiben. Die Fig. 3 zeigt
in einer perspektivischen Ansicht einen als Kugelschicht
ausgebildeten Trägerkörper.Further advantageous refinements of the invention emerge from the subclaims. Furthermore, the invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments. Figs. 1 and 2 herein show sectional views through a gas reactor and by the device for guiding the support body to be coated semiconductor wafers. FIG. 3 shows a layer formed as a ball carrier body in a perspective view.
Gemäß Fig. 1 ist ein Quarzreaktor 1 von einer Spule 2
umgeben, die zur induktiven Erwärmung des Halterungs
systems für die zu beschichtenden Halbleiterscheiben
dient. Der Gasstrom 22 zum Anheben des Trägerkörpers 7
wird vorzugsweise noch in der Wandung des Reaktors zu
geführt und tritt dort an einer Öffnung 23 aus dem Füh
rungskanal 3 in das Halterungssystem für den Träger
körper 7 ein. Das Halterungssystem besteht vorzugsweise
aus einem Körper 4 mit einer Anschlußöffnung an die
Gaszuführung 23 und einem Hohlraum 8, in dem sich das
Levitationsgas unterhalb der Düsenöffnungen 5 verteilt.
Über den Düsenöffnungen 5 ist der Trägerkörper 7 an
geordnet, der durch das austretende Gas angehoben wird.
Der Trägerkörper 4 weist vorzugsweise einen Randflansch
24 auf, der den Trägerkörper 7 umfaßt und somit diesen
auch im angehobenen und schwebenden Zustand in seiner
Lage hält. Auf den Außenrand 7 a des Trägerkörpers 7 ist
eine weitere Düse 6 gerichtet. Der aus ihr austretende
Gasstrom trifft tangential so auf den Außenrand 7 a des
Trägerkörpers 7 auf, daß der praktisch reibungslos auf
dem Gaspolster gehalterte Trägerkörper in Rotation um
seine Rotationsachse versetzt wird. Das Halterungssy
stem besteht beispielsweise aus Graphit.
Referring to FIG. 1, a quartz reactor 1 is surrounded by a coil 2, the system for the inductive heating of the holder for serving to be coated semiconductor wafers. The gas stream 22 for lifting the support body 7 is preferably still in the wall of the reactor and there occurs at an opening 23 from the guide channel 3 in the support system for the support body 7 . The mounting system preferably consists of a body 4 with a connection opening to the gas supply 23 and a cavity 8 , in which the levitation gas is distributed below the nozzle openings 5 . Above the nozzle openings 5 , the carrier body 7 is arranged, which is raised by the escaping gas. The carrier body 4 preferably has an edge flange 24 which surrounds the carrier body 7 and thus holds it in its position even in the raised and floating state. A further nozzle 6 is directed onto the outer edge 7 a of the carrier body 7 . The gas stream emerging from it strikes tangentially on the outer edge 7 a of the carrier body 7 in such a way that the carrier body held practically smoothly on the gas cushion is set in rotation about its axis of rotation. The bracket system consists, for example, of graphite.
Bei der Anordnung nach der Fig. 2 wird der Trägerkör
per 7 durch Adhäsion festgehalten, wobei das hydrodyna
mische Paradoxon nach Bernoulli ausgenutzt wird. Das
Gas tritt wiederum durch den Führungskanal 3 in der
Reaktorwand in das Halterungssystem 4 ein und strömt
durch einen Kanal 11 radial an der Fläche des Träger
körpers 7 nach außen ab. Dadurch wird der Trägerkörper
7 schwebend gehaltert und gleichzeitig über eine seit
lich auf den Rand des Trägerkörpers einwirkende Düse 6 a
in Rotation versetzt. Der Trägerkörper 7 wird wiederum
durch einen Flansch 10 am Körper 4 seitlich begrenzt,
so daß er seine Rotationsachse während der Drehung bei
behält.In the arrangement according to FIG. 2, the support body is held in place by 7 by adhesion, the hydrodynamic paradox according to Bernoulli being used. The gas in turn enters through the guide channel 3 in the reactor wall in the mounting system 4 and flows through a channel 11 radially on the surface of the support body 7 from the outside. As a result, the carrier body 7 is suspended and at the same time set in rotation via a nozzle 6 a acting on the edge of the carrier body since Lich. The carrier body 7 is in turn laterally limited by a flange 10 on the body 4 so that it retains its axis of rotation during rotation.
Ein anderer Aufbau für das Halterungssystem ergibt sich
aus der Fig. 3. Der Trägerkörper 17 besteht aus einem
punktsymmetrischen Rotationskörper mit einer gewölbten
Außenfläche 21 und zwei ebenen, parallel zueinander
angeordnete Außenflächen 18 a und 18 b, auf die die Halb
leiterscheiben 19 aufgebracht werden. Hierbei kann eine
einzelne Halbleiterscheibe oder mehrere Halbleiterschei
ben an den genannten Flächen befestigt werden. Der Rota
tionskörper 17 kann eine Kugelschicht oder eine Ellip
soidschicht sein. Die gewölbte Außenfläche des Rota
tionskörpers 17 wird in einer entsprechenden Kalotte 13
geführt, die als Kugelkalotte oder als Ellipsoidkalotte
ausgebildet ist. In der konkaven Kalottenfläche sind
die Düsenaustrittsöffnungen angeordnet, wobei die Düsen
öffnungen 15 für die Anhebung des Rotationskörpers und
damit für die Gaslagerung dieses Körpers sorgen, wäh
rend eine Öffnung 14 die Rotation des Körpers um seine
Rotationsachse bewirkt. Diese Düse 14 kann auch so an
geordnet werden, daß sich der Rotationskörper 17 gleich
zeitig um die Achse der Kalotte dreht, so daß die zu
beschichtenden Halbleiterscheiben 19 optimal im Gas
strom ständig ihre Lage verändern.
Another structure for the mounting system results from FIG. 3. The carrier body 17 consists of a point-symmetrical rotating body with a curved outer surface 21 and two flat, mutually parallel outer surfaces 18 a and 18 b , to which the semiconductor plates 19 are applied. Here, a single semiconductor wafer or a plurality of semiconductor wafers can be attached to the surfaces mentioned. The Rota tion body 17 may be a spherical layer or an elliptical layer. The curved outer surface of the Rota tion body 17 is guided in a corresponding spherical cap 13 , which is designed as a spherical cap or as an ellipsoidal cap. In the concave dome surface, the nozzle outlet openings are arranged, the nozzle openings 15 providing for the lifting of the rotating body and thus for the gas storage of this body, while opening 14 causes the rotation of the body about its axis of rotation. This nozzle 14 can also be arranged so that the rotary body 17 rotates simultaneously around the axis of the calotte, so that the semiconductor wafers 19 to be coated optimally change their position in the gas stream.
Das Gas zur Anhebung des Rotationskörpers und zu seiner
Drehung wird vorzugsweise durch den Kalottenkörper 12
von unten hindurchgeführt, verteilt sich im Inneren des
Kalottenkörpers 12 und tritt dann durch die Düsenöff
nungen 14 und 15 aus. Im Zentrum der Kalottenfläche ist
beispielsweise ein Führungsstift 16 angeordnet, der
über die Kalottenfläche hinausragt und in eine Führungs
nut 20 am Umfang des Rotationskörpers 17 eingreift.
Durch diese Maßnahme wird der Rotationskörper 17 auch
im angehobenen Zustand sicher geführt, so daß er nicht
aus der Kalottenführung fallen kann. Selbstverständlich
sind auch andere Maßnahmen denkbar, um den Rotations
körper 17 seitlich zu haltern bzw. zu führen. Der Rota
tionskörper 17 und der Kalottenkörper 12 bestehen vor
zugsweise aus Graphit. Als Levitationsgas wird bei
spielsweise das Trägergas für das Abscheidungsmaterial
verwendet.The gas for lifting the rotating body and for its rotation is preferably passed through the cap body 12 from below, is distributed in the interior of the cap body 12 and then exits through the nozzle openings 14 and 15 . In the center of the spherical surface, for example, a guide pin 16 is arranged, which projects beyond the spherical surface and engages in a guide groove 20 on the circumference of the rotating body 17 . By this measure, the rotary body 17 is safely guided even in the raised state, so that it cannot fall out of the calotte guide. Of course, other measures are also conceivable for laterally holding or guiding the rotary body 17 . The Rota tion body 17 and the calotte body 12 are preferably made of graphite. The carrier gas for the deposition material is used as the levitation gas in example.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens und der zu
gehörigen Vorrichtung ist es gelungen, auch extrem
dünne Epitaxieschichten in der Größenordnung von 10 nm
mit gleichmäßiger Schichtdicke auf geeigneten Substrat
körpern abzuscheiden. Außerdem ist mit der erfindungs
gemäßen Vorrichtung ein sehr rascher Gaswechsel mög
lich, was zur Erzielung dünner Schichtenfolgen von
großer Bedeutung ist.With the help of the method according to the invention and
proper device has also succeeded extremely
thin epitaxial layers in the order of 10 nm
with a uniform layer thickness on a suitable substrate
to separate bodies. It is also with the Invention
device according to a very rapid gas change possible
Lich what to achieve thin layer sequences of
is of great importance.