Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von
Halbleitern, in welcher Verbindungs-Halbleiter-Schichten in
einem vakuum-chemischen Epitaxie-System (VCE) gebildet
(aufwachsen gelassen) werden.
Hintergrund der Erfindung
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In den vergangenen Jahren ist der Bedarf an Verbindungs-
Halbleitern, besonders Gruppe III-V-Verbindungen (d.h. GaAs)
gewachsen, weil diese in ihren Leistungsmerkmalen den
herkömmlichen Silikon-Halbleitern überlegen sind. Für die
Herstellung derartiger Gruppe III-V-Verbindungs-Halbleiter
sind u.a. das sogenannte Molekularstrahl-Epitaxie-Verfahren
(MBE), welches darin besteht, daß die für eine epitaxisch
zu bildende Verbindung erforderlichen Atome aus einem festen
Material unter Verwendung einer Hitzekanone verdampft und
veranlaßt werden, in der Molekularstrahl-Form gegen ein
Substrat in einem Ultrahoch-Vakuum zu kollidieren, um hierdurch
das Aufwachsen eines Filmes dieses Materials auf dem Substrat
zu bewirken, und das sogenannte metall-organische-chemische
Dampf-Abscheidungs-Verfahren (MOCVD) bekannt, welches darin
besteht, den Dampf einer Methyl-Metall- oder einer Äthyl-
Metall-Verbindung bei Atmosphärendruck oder unter
reduziertem Druck mit Hilfe eines Trägergases, wie H&sub2;, in eine
Reaktionskammer zu leiten, wobei man sich den Dampf mit einem
Gruppe V-Metallhydrid vermischen läßt und zu Kristallwachstum
die Reaktion untereinander auf einem erhitzten Substrat
stattfinden läßt.
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Von den beiden genannten Verfahren ist jedoch das
MBE-Verfahren nicht für die Produktion im großen Maßstab einsetzbar,
da es kaum die Bedürfnisse des Marktes erfüllen kann, weil
(1) es ein ultrahohes Vakuum in der Größenordnung 1,3 x 10&supmin;&sup8;Pa
(10&supmin;¹¹
Torr) erfordert, (2) es Stillstandszeit verursacht,
wenn Material nachgefüllt wird und (3) es einen Substrat-
Drehmechanismus erfordert, um ein gleichmäßiges Aufwachsen
zu erreichen. Deshalb wird dem MOCVD-Verfahren jetzt
Beachtung geschenkt und dieses Verfahren praktisch benutzt.
Jedoch hat dieses insofern Nachteile, als (1) eine
Ausbreitung leicht in einer Flußrichtung herbeigeführt wird und
es schwierig ist, den Fluß im Maßstab zu übertragen, weil
es ein Prozeß in einem laminaren Flußbereich ist, und (2)
der Ausnutzungsgrad des Reaktionsgases wegen des
Aufwachsmechanismus gering ist. Da eine große Menge von
nichtreagiertem Gas, welches toxisch ist, produziert wird,
weil, wie oben erwähnt, der Ausnutzungsgrad des
Reaktionsgases gering ist, und da ein Trägergas einen zusätzlichen
Abfallgasanteil bildet, wird ein toxisches Abfallgas in
großen Mengen ausgestoßen und dies führt zu Abfallgas-
Beseitigungsproblemen.
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Daher haben das MBE-Verfahren bzw. das MOCVD-Verfahren
Nachteile und es ist wünschenswert, eine Vorrichtung zur
Herstellung von Halbleitern zu schaffen, bei der diese
Nachteile vollständig beseitigtsind. Dementspechend
gelang es den Erfindern, eine Vorrichtung zur Herstellung
von Halbleitern zu entwickeln, in welcher die Vorteile
sowohl des MBE- als auch des MOCVD-Verfahrens vereinigt
sind und sie reichten eine Patentanmeldung ein
(japanische Patentanmeldung Nr. 63-191060). Der Aufbau dieser
Vorrichtung ist in den Figuren 5 und 6 dargestellt. In
diesen Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 101 die
Vakuumkammer eines vakuum-chemischen Epitaxie-Systems.
Die Vakuumkammer 101 hat innen eine Reaktionskammer 102,
die durch eine Grundplatte 106, Umschließungswände 107
und eine Deckelplatte 108 gebildet wird, die in einer
Richtung auf den oberen Kanten der Umschließungswände
107 verschiebbar ist. Die Deckelplatte hat in ihrem
mittleren Bereich zwei Öffnungen 108a. Scheibenformige
GaAs-Substrate 113 sind herausnehmbar in den Öffnungen
108a angeordnet. Die Umschließungswände der
Reaktionskammer 102 haben Auslaßöffnungen 110 in bestimmten
Abständen derselben. Die Gesamtfläche von diesen
Auslaßöffnungen ist vorzugsweise etwa 4% der Oberfläche der
Deckelplatte 108 der Reaktionskammer 102. Die
Grundplatte 106 hat Düsenoffnungen 109, die in vorbestimmten
Abständen darin gebildet sind und die mit Öffnungen 109
oder 134 in der Decke einer unterhalb der
Reaktionskammer 102 angeordneten ersten Verteilkammer 104 in
Verbindung stehen. Jede Öffnung 109 steht in Verbindung mit
der ersten Verteilkammer 104, während jede Öffnung 134
über ein Rohr 119, welches sich durch die erste
Verteilkammer 104 erstreckt, in Verbindung steht. Die erste
Verteilkammer 104 steht in Verbindung mit einem
Startmaterial-Einlaßrohr 121. Dieses
Startmaterial-Einlaßrohr 121 dient zur Einleitung einer Gruppe
III-Verbindung (Reaktionsgas), wie z.B. Trimethylgallium (TMGa)
oder Triethylgallium (TEGa). Die zweite Verteilkammer
124 hat im unteren Teil eine Öffnung und ein
Entleerungsventil 36, zweckmäßig ein Tellerventil, ist zum Öffnen
und Schließen der Öffnung in dieser beweglich angeordnet.
Die zweite Verteilkammer 124 steht über eine ihrer
Seitenwände mit einem Startmaterial-Einlaßrohr 122 in Verbindung.
Durch dieses Einlaßrohr 122 tritt ein n-Typ- oder p-Typ-
Dopant oder eine Gruppe III-Verbindung, wie
Triethylaluminium (TEAl), in die zweite Verteilkammer 124 ein.
Ein Zufuhrrohr 142 zur Zufuhr einer Gruppe V-Verbindung,
wie z.B. AsH&sub3; in die Reaktionskammer 102 hat eine
Vielzahl von Lüchern 142a und 142b in bestimmten definierten
Abständen und in zwei Reihen (rechts und links). Eine
Heizvorrichtung 105 ist mit einer Ausgleichsplatte 105a
oberhalb der Deckelplatte 108 der Reaktionskammer
angeordnet.
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Zum MESFET-Epitaxie-Schichtwachstum wird bei dieser
Vorrichtung die Reaktionskammer 102 mit den Substraten 113
versehen (deren Stirnflächen nach unten gerichtet sind)
und dann wird die Vakuumkammer auf ein Vakuum von weniger
als 1,3 x 10&supmin;&sup4; Pa (10&supmin;&sup7; Torr) evakuiert und die
Heizvorrichtung 105 elektrisch beaufschlagt, so daß die
Heizvorrichtung Hitze erzeugen kann. Eine Gruppe V-Verbindung,
wie z.B. AsH&sub3;, wird über das Zufuhrrohr 142 bei einer
Substrattemperatur von 500ºC eingeleitet, so daß sie
durch die Lücher 142a und 142b in die Reaktionskammer
eintritt. Die auf diese Weise in die Reaktionskammer 102
eingeleitete Gruppe V-Verbindung strömt über die
Oberflächen der Substrate 113 zu den Auslaßöffnungen 110.
Während dieser Strömung werden AsH&sub3; oder TEAs vielmals
gegen die Wände der Reaktionskammer, welches heiße Wände
sind, gestoßen und thermisch gespalten, um As&sub2; zu
ergeben. Nachdem die Temperatur der Substrate die
vorbestimmte Prozeßtemperatur (600 bis 650ºC) erreicht hat,
wird eine Gruppe III-Verbindung, wie Triethylgallium
(TEGa) von dem Startmaterial-Einlaßrohr 121 der
Reaktionskammer 102 in die erste Verteilkammer 104 eingeleitet,
wird homogen gemischt und dann von den Düsenöffnungen
109 in homogener molekularer Densität gegen die
Substrate 113 geblasen. Da zu dieser Zeit die mittlere
freie Weglänge der Moleküle der Gruppe III-Verbindung
länger eingestellt ist als die Entfernung von der Öffnung
bis zur Platte, erreichen die Moleküle der Gruppe
III-Verbindung die Substrate, ohne daß sie durch Kollision
zwischen den Materialmolekülen fein verteilt werden.
Die Moleküle der Gruppe III-Verbindung kommen zusammen
mit As&sub2; in Kontakt mit den Oberflächen der Substrate
113 und wachsen an dieser Oberfläche in Form einer
ungedopten Galliumarsenid (GaAs) -Schicht in Verbindung.
Die unverbrauchten Verbindungen, welche nicht in Kontakt
mit den Substraten 113 gekommen sind, verlassen die
Reaktionskammer durch die Auslaßöffnungen 110 und treten
in die Vakuumkammer 101 ein, die sie dann unter Wirkung
einer Absaugeinrichtung seitlich verlassen. Es wird dann
ein n-Typ Dopant entweder allein oder in Vermischung mit
der oben genannten Gruppe III- oder V-Verbindung von
der zweiten Verteilkammer 124 in die Reaktionskammer 102
eingeleitet, so daß eine n-Typ-Aktivschicht auf der
Oberfläche der ungedopten GaAs-Schicht wachsen kann. Danach
werden alle Gaszufuhren unterbrochen und das System wird
für 15 Minuten in diesem Zustand gehalten. Dann werden
die Eubstrate 113 gekühlt und aus der Reaktionskammer
102 herausgenommen (durch die Vakuumkammer 101). Auf
diese Weise künnen Gruppe
III-V-Verbindungs-Halbleiterschichten erzielt werden.
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Wenn jedoch in einer Vorrichtung zur Herstellung von
Halbleitern mit diesem Aufbau das Wachstum an Substraten mit
einer großen Fläche oder einer Vielzahl von Substraten
durchgeführt wird, d.h. wenn die Entfernung zwischen
der Zufuhrleitung und den Auslaßöffnungen lang wird,
tritt der Nachteil auf, daß Streuung von molekularer
Densität der Gruppe V-Verbindung zwischen dem
Zufuhrrohr der Gruppe V-Verbindung, wie AsH&sub3;, und den
Auslaßöffnungen verursacht wird und hierdurch es in einigen
Fällen schwierig ist, eine homogene Halbleiterschicht
zu bilden (wenn die Schicht bei einem niedrigen V/III-
Verhältnis wächst. Da, wie es in Figur 7 gezeigt ist,
Umfangsteile der Substrate 113 durch Substrathalteteile
gehalten werden, welche ein Tragteil 108 entlang des
ganzen Umfanges umfassen, werden Molekularstrahlen, die
von dem unteren Teil der Reaktionskammer 102, wie mit
den Pfeilen angedeutet, aufwärts gehen,durch
vorgenanntes Tragteil 108b gestört und erreichen nicht den
Umfangsteil der Substrate 113. Die Umfangsteile der Substrate
113 werden daher, wie es in Figur 8 gezeigt ist, als
unbehandelte Teile belassen, was unwirtschaftlich ist.
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Demgemäß ist es eine Aufgabe, eine Vorrichtung zur
Herstellung von Halbleitern zu schaffen, welche alle die
Reaktionsgase in der Reaktionskammer in einem homogenen
Zustand verteilen kann.
Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft eine modifizierte
Halbleiter-Herstellvorrichtung, versehen mit einer Vakuumkammer,
einer innerhalb der Vakuumkammer angeordneten
Reaktionskammer, einem an der Decke der Reaktionskammer angeordneten
Substrathalter zum Halten der Substrate in einem Zustand,
in welchem die Substrate den Reaktionsraum kontaktieren,
einem am oberen Teil der Reaktionskammer angeordneten
Substraterhitzer zum Erhitzen der Substrate einer unter der
Reaktionskammer angeordneten Reaktionsgas-Verteilungskammer,
einer Vielzahl von Verbindungslöchern, die am Grenzteil
zwischen Reaktionsgas-Verteilungskammer und Reaktionskammer
in vorbestimmten Abständen an der gesamten Oberfläche
angeordnet sind, um die beiden Kammern zu verbinden, einer
ersten Reaktionsgas-Zufuhrleitung, deren eines Ende sich
in die erste Reaktionsgas-Verteilungskammer erstreckt und
von der sich das Ende zur Bodenoberfläche der Reaktionsgas-
Verteilungskammer hin öffnet, einem Kragenteil, welches
parallel am Umfangsteil von der Endöffnung von dieser
ersten Reaktionsgas-Zufuhrleitung angeordnet ist, Einer
zweiten, unter der Reaktionsgas-Verteilungskammer
angeordneten Verteilungskammer, einer Vielzahl von
Verbindungsrohren, die sich von der Decke der zweiten Verteilungskammer
jeweils in eines der Verbindungslöcher der ersten
Reaktionsgas-Verteilungskammer hineinerstrecken, so daß ein Abstand
zwischen ihm (dem Verbindungsrohr) und der Lochwand gemacht
werden kann, und einer zweiten Reaktionsgas-Zufuhrleitung,
um zweites Reaktionsgas in die zweite Verteilungskammer
einzuleiten.
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In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:
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Fig. 1 (A) den Aufbau eines Ausführungsbeispieles der
vorliegenden Erfindung im Schnitt,
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Fig. 1 (B) den Grundriß des Substrathalteteiles hiervon,
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Fig. 1 (C) einen vergrüßerten Grundriß der
Erhitzungsvorrichtung hiervon,
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Fig. 2 einen Vertikalschnitt des Substrathalteteiles
hiervon,
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Fig. 3 einen Grundriß des Substrathalteteiles,
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Fig. 4 den Aufbau des anderen Ausführungsbeispieles
der Erfindung im Schnitt,
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Fig. 5 eine Vorrichtung, welche die Grundlage der
vorliegenden Erfindung ist, im Schnitt,
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Fig. 6 eine vergrößerte Ansicht eines Hauptteiles
hiervon,
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Fig. 7 einen Schnitt des Substrathalteteiles hiervon
und
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Fig. 8 den Grundriß des Substrathalteteiles hiervon.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Bei einer Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitern gemäß
der Erfindung ist eine Reaktionsgas-Verteilungskammer neu
unter dem unteren Teil der Reaktionskammer vorgesehen, eine
erste Reaktionsgas-Zufuhrleitung erstreckt sich in die
Reaktionsgas-Verteilungskammer und eine Endöffnung hiervon
ist gegen die Bodenoberfläche von dieser Reaktionsgas-
Verteilungskammer gerichtet und ein Kragenteil ist parallel
um den Umfang dieser Endöffnung angeordnet. Deshalb strömt
ein erstes Reaktionsgas, wie AsH&sub3;, in die Reaktionsgas-
Verteilungskammer ein, was einen nach unten gerichteten
Gasverteilungseffekt hat, und kommt dann in Kontakt mit dem
Kragenteil, dehnt sich parallel und in allen Richtungen
entlang des Kragenteiles aus, um sich homogen in der
Reaktionsgas-Verteilungskammer fein zu verteilen, und
wird dann über Verbindungslöcher, die an der Grenze
zwischen der Reaktionsgas-Verteilungskammer und der
Reaktionskammer angeordnet sind, in die Reaktionskammer
eingeleitet. Dies erfolgt so, daß das Reaktionsgas in
die Reaktionskammer in einem gleichmäßigen
Molekularstrahl-Zustand eingeleitet wird. Dies bedeutet, daß bei
der Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitern durch
die Funktionen einer nach unten gerichteten Öffnung der
ersten Reaktionsgas-Zufuhrleitung, eines am Umfang der
Öffnung angeordneten Kragenteiles, eines Reaktionsgas-
Verteileffektes der Reaktionsgas-Verteilungskammer und
einer Vielzahl von Verbindungslöchern, die in der ganzen
Oberfläche in vorbestimmten Abständen am Grenzteil zwischen
der Reaktionsgas-Verteilungskammer und der Reaktionskammer
angeordnet sind, ein Gruppe V-Reaktionsgas, wie AsH&sub3;, in
die Reaktionskammer in einem gleichmäßigen Molekularstrahl-
Zustand eingeleitet wird.
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Ein zweites Reaktionsgas, wie TEAl und dergleichen und
ein drittes Reaktionsgas, wie TEGa und dergleichen werden
in der unter der Reaktionsgas-Verteilungskammer
angeordneten zweiten Verteilungskammer gemischt und die Mischung
wird über die Verbindungsleitungen homogen in die
Reaktionskammer eingeleitet. In diesem Fall ist eine
Vertiefung am Boden der zweiten Verteilungskammer vorgesehen
und eine Stauplatte ist über einer Öffnung der Vertiefung
angeordnet, um einen Raum, der zwischen der Vertiefung und
der Stauplatte vorgesehen ist, als dritte Verteilungskammer
auszubilden. Die zweite Reaktionsgas-Zufuhrleitung und die
dritte Reaktionsgas-Zufuhrleitung sind in den
Umschließungswänden der dritten Verteilungskammer so angeordnet, daß die
Öffnungen dieser Zufuhrleitungen einander gegenüberstehen.
Wenn zweites und drittes Reaktionsgas in die zweite
Reaktionskammer
aus dem Zwischenraum zwischen der Stauplatte
der zweiten Verteilungskammer und der Öffnung von der
Vertiefung in die zweite Verteilungskammer eingeleitet werden,
nach dem Ausstromen der zweiten und dritten Gase aus beiden
Öffnungen von jeder Zufuhrleitung, ist die Vermischung
beider Gase vollständig. Wenn Ausschnitte, deren
Durchmesser fast der gleiche ist als der der Substrate in dem
Deckelteil der Reaktionskammer, gebildet werden und
Substrathaltestücke am Umfangsteil der Ausschnitte angeordnet
werden, die in vorbestimmten Abständen entlang des Umfanges
angeordnet und zur Reaktionskammer gerichtet sind, kann
fast der ganze Teil der Substratoberfläche dazu benutzt
werden, um eine Halbleiterschicht zu bilden, weil der von
dem Substrathalteteil abgedeckte Teil des Substrates
bemerkenswert reduziert ist, verglichen mit dem Fall, daß
das Halteteil am ganzen Teil des Umfanges des Ausschnittes
angeordnet ist.
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Die folgenden Beispiele werden die Erfindung im Detail
illustrieren.
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(A), (B) und (C) von Figur 1 stellen den Aufbau eines
Ausführungsbeispieles der Erfindung dar. In Figur 1 (A)
bezeichnet 1 eine aus rostfreiem Stahl bestehende
zylindrische Vakuumkammer eines vakuum-chemischen Epitaxie-Systems,
deren Innenseite durch ein am Boden der Vakuumkammer
angeordnetes Vakuum-Absaugsystem (in der Figur nicht
dargestellt) evakuiert wird. In der Vakuumkammer 1 sind eine
Kohlenstoff-Graphit-Reaktionskammer 2, deren
Wandoberflächen mit Siliciumcarbit überdeckt sind, eine
Reaktionsgas-Verteilungskammer 3, die wie die Reaktionskammer 2
aus Kohlenstoff-Graphit besteht, und eine zweite
Verteilungskammer 4, die aus rostfreiem Stahl gemacht ist,
integriert angeordnet. Die Reaktionskammer 2 besteht aus
einer Grundplatte 6, Umschließungswänden 7 und einer
Deckplatte 8. Die Wandoberfläche der Reaktionskammer besteht
aus Kohlenstoff-Graphit, so daß die Wandoberfläche durch
Erhitzung mit der Heizeinrichtung 5 eine heiße Wand wird,
um Molekularkorn zu reflektieren, ohne daran zu haften,
selbst dann, wenn ein Molekularstrahl des Reaktionsgases
mit der Wand kollidiert. Eine Vielzahl von
Verbindungslüchern 9 sind in der Basisplatte 6 in vorbestimmten
Abständen gebildet. Die Reaktionskammer 2 und die
Reaktionsgas-Verteilungskammer 3 darunter, sind hierdurch
miteinander verbunden. Eine Auslaßöffnung 10 ist in dem oberen
Teil der Umschließungswand 7 entlang ihrem Umfang
durchgehend gebildet. Vier runde Ausschnitte 11 sind in der
Deckplatte 8 gebildet, wie es in Figur 1 (B) gezeigt ist.
Substrathaltestücke 12 springen am unteren Umfangsteil
von jedem Ausschnitt 11 in viertel Umfangsabständen vor,
wie es in Figur 2 und 3 gezeigt ist. Das
Substrathalteteil umfaßt die vier Substrathaltestücke. Runde Substrate
13 werden austauschbar in diesen Ausschnitten 11 plaziert
und von den Substrathaltestücken 12 abgestützt.
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Die Reaktionsgas-Verteilungskammer 3, welche unter der
Reaktionskammer 2 angeordnet ist, umfaßt eine Basisplatte,
Umschließungswände und eine Deckplatte, die die
Basisplatte 6 der Reaktionskammer 2 ist, und die Oberfläche
derselben wird genauso wie die der Reaktionskammer als
heiße Wand betrachtet. Eine erste
Reaktionsgas-Zufuhrleitung 15 erstreckt sich von außerhalb in die Reaktionsgas-
Verteilungskammer 3 und ihr Ende ist nach unten gebogen
und ihre Öffnung 16 öffnet nach unten. Ein scheibenfärmiges
Kragenteil 17 ist am Umfangsteil der Öffnung 16 parallel
angeordnet. Das aus der Öffnung 16 austretende erste
Reaktionsgas wird hierdurch homogen und in allen Richtungen
des Kragenteiles 17 fein verteilt. Eine zweite
Verteilungskammer 4 ist unter der Reaktionsgas-Verteilungskammer 3
gebildet.
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Diese zweite Verteilungskammer umfaßt eine Grundplatte 18,
eine Umschließungswand 7, eine Deckplatte, welche die
Rundplatte 14 der Reaktionsgas-Verteilungskammer 3 ist, und
sie besteht aus rostfreiem Stahl, weil es weniger notwendig
ist, die Wandoberfläche als heiße Wand auszubilden. Eine
Vielzahl von Verbindungsrohren 19, die aus rostfreiem Stahl
bestehen, erstrecken sich von der Deckplatte der
Verteilungskammer 4 in Richtung einer Vielzahl von Verbindungslöchern 9,
welche in der Deckplatte 6 der Reaktionsgas-Verteilungskammer
vorgesehen sind. In diesem Fall ist ein Zwischenraum zwischen
dem Verbindungsrohr 19 und der Lochwand des
Verbindungsloches 9, in welches sich das Verbindungsrohr 19 erstreckt
vorgesehen. Die zweite Verteilungskammer 4 und die
Reaktionskammer 2 sind durch die Verbindungsrohre 19 miteinander
verbunden und die Reaktionsgas-Verteilungskammer 3 und die
Reaktionskammer 2 sind über die Zwischenräume zwischen den
Verbindungsrohren 19 und den Lochwänden der
Verbindungslöcher 9 verbunden. Eine Vertiefung 20 ist im Mittelteil
des Bodens der zweiten Verteilungskammer 4 gebildet.
Endöffnungen 21a und 22a von einer ersten Zufuhrleitung 21
und einer zweiten Zufuhrleitung 22 öffnen an
gegenüberliegenden Seiten von Umschließungsbandteilen so, daß die
Öffnungen einander gegenüberstehen. Eine Stauplatte 23
ist ein wenig über der Vertiefung 20 so angeordnet, daß
die Platte 23 der Vertiefung zugekehrt ist. Durch die
Stauplatte 23 und die Vertiefung 20 ist eine dritte
Verteilungskammer 24 gebildet. Das genannte zweite und dritte
Reaktionsgas werden durch die Wirkung ihrer
Ausströmdrucke und die Stauplatte 23 in der dritten
Verteilungskammer 24 homogen gemischt und die Mischung tritt durch
den Zwischenraum zwischen der Stauplatte 23 und der Öffnung
der Vertiefung in die zweite Verteilungskammer 4 ein. Dann
erreicht dieses Mischgas die Reaktionskammer 2 durch die
Verbindungsrohre 19, nachdem es weiterhin in der zweiten
Verteilungskammer 4 homogen gemischt wurde.
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In Figur 1 (A) bezeichnet das Bezugszeichen 5 eine
plattenförmige Heizvorrichtung und 5a eine Ausgleichsplatte. Die
Temperatur wird so eingestellt, daß die
Halbleiterverbindung an der Oberfläche des Substrates hauptsächlich durch
Strahlungshitze von oben wachsen kann. Die Heizvorrichtung
ist aufgebaut, indem abwechselnd streifenförmige Ausschnitte
5' in einer Kohlenstoff-Graphit-Platte gebildet sind und
Elektroden an beiden Enden angeordnet werden. Während es
moglich ist, eine gleichmäßige Flächenerhitzung mit der
Heizvorrichtung 5 für sich alleine zu erzielen, kann die
Verwendung der Ausgleichsplatte 5a, welche unter der
Heizvorrichtung 5 angeordnet ist, die Flächenheizung noch
gleichmäßiger machen.
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Bei Betrieb für MESFET-Epitaxie-Schicht-Wachstum wird die
Reaktionskammer 2 mit Substraten 13 bestückt (deren
Stirnflächen nach unten gerichtet sind). Dann wird die
Vakuumkammer 2 evakuiert in einen Hochvakuumzustand und die
Heizvorrichtung 5 wird elektrisch beaufschlagt, so daß
die Heizvorrichtung Hitze erzeugen kann. Eine Gruppe V-
Verbindung, wie AsH&sub3;, wird durch die erste Reaktionsgas-
Zufuhrleitung 15 bei einer Substrattemperatur von ungefähr
500ºC in die Gasverteilungskammer 3 eingeleitet, um einen
homogenen Verteilungszustand darin zu machen. Dann wird
es durch die Verbindungslöcher 9, welche in der Oberfläche
der Reaktionsgas-Verteilungskammer in gleichmäßigen
Abständen angeordnet sind, in die Reaktionskammer 2
eingeleitet. In der Reaktionskammer 2 strümt das Gas, wie
AsH&sub3;, zu der Auslaßöffnung 10, die in der Oberfläche der
Umschließungsform der Reaktionskammer 2 in Umfangsrichtung
verlaufend vorgesehen ist, und kontaktiert fein verteilt
die Oberfläche der Substrate 13. Während der Strömung wird
AsH&sub3; und dergleichen thermisch gespalten, um As&sub2; abzugeben.
Danach wird eine Gruppe III-Verbindung, wie TEGa, aus dem
zweiten Reaktionsgas-Zufuhrrohr 21 in die dritte
Verteilungskammer 24
eingeleitet, nachdem die Temperatur der
Substrate eine vorbestimmte Temperatur (600 - 650ºC)
erreicht hat und zur gleichen Zeit wird eine Gruppe III-
Verbindung, Triethylaluminium (TEAl) in die dritte
Verteilungskammer 24 eingeleitet und mit erstgenanntem
Reaktionsgas vermischt. Die Mischung wird in die zweite
Verteilungskammer 4 eingeleitet und sie kommt zusammen
mit As&sub2; in Kontakt mit der Oberfläche der Substrate und
wächst auf dieser Oberfläche in Form einer ungedopten
Galliumarsenid (GaAs) -Schicht oder dergleichen. Die
unverbrauchte Verbindung, welche nicht in Kontakt mit
den Substraten gekommen ist, verläßt die Reaktionskammer
über die Auslaßöffnungen 10 unter Wirkung einer
Absaugvorrichtung. Im vorliegenden Fall, da die Auslaßüffnung
10 durchgehend in Umfangsrichtung in der
Umschließungswand der Reaktionskammer 2 gebildet ist, erfolgt die
Absaugung des unverbrauchten Gases am ganzen Umfang der
Umschließungswand, was hierdurch zu einer homogenen
Verteilung des Reaktionsgases in der Reaktionskammer
beiträgt. Dann wird ein n-Typ-Dopant entweder allein oder
in Vermischung mit der oben genannten Gruppe
III-Verbindung durch das zweite und/oder dritte Reaktionsgas-
Zufuhrrohr 21, 22 in die dritte Verteilungskammer 24
eingeleitet und von dort durch die zweite
Verteilungskammer 4 in die Reaktionskammer 2, so daß eine n-Typ-
Aktivschicht auf der Oberfläche der ungedopten GaAs-
Schicht wachsen kann. Danach wird die gesamte Gaszufuhr
gesperrt und das System eine vorbestimmte Zeit gelassen
wie es ist, und die Substrate 13 werden dann gekühlt und
aus der Reaktionskammer 2 herausgenommen. Auf diese Weise
können Halbleiter, welche eine gleichmäßige MESFET-
Halbleiterschicht haben, erzeugt werden.
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Auf diese Weise wird gemäß der Erfindung, da die
Reaktionskammer 2, deren Kapazität kleiner ist als die der
Vakuumkammer 1, in der Vakuumkammer 1 angeordnet ist und die
Substrate in der Reaktionskammer, und weil in diesem
Zustand das Reaktionsgas in einem Molekularstrahl-Zustand
zugeführt wird, um es wachsen zu lassen, wenig Gas umsonst
eingeleitet und der Ausnutzungsgrad des Reaktionsgases
wird stark verbessert. In der Vorrichtung kann die
Vakuumkammer 1 in einem hohen Grad evakuiert werden, und die
Gruppe III-Verbindung, deren Dampfdruck gering ist, kann
verwendet werden durch Vergasung so wie sie ist. Deshalb
ist ein Trägergas zum Tragen der Verbindung nicht
notwendig, so daß die Absaugbehandlung des Gases nach der
Benutzung klein wird. Da insbesondere die Reaktionsgas
Verteilungskammer neu angeordnet ist, die erste
Reaktionsgas-Zufuhrleitung 15 nach unten gerichtet ist und ihre
Endüffnung 16 ein Kragenteil 17 hat, ist das Reaktionsgas
darin in einem homogenen, fein verteilten Zustand. Deshalb
wird das Reaktionsgas in einem homogenen Zustand in die
Reaktionskammer 2 eingeleitet, so daß die Bildung einer
homogenen Halbleiterschicht auf einem großflächigen
Substrat ausgeführt werden kann und eine Vielzahl von
Substraten behandelt werden konnen, ohne sie zu drehen oder
ohne Bewegungseinrichtung.
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Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel werden vier
Substrate 13 verwendet, aber die Zahl der Substrate ist
nicht beschränkt hierauf, entweder einzelne oder eine
Vielzahl ist richtig.
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Figur 4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel. Bei diesem
Ausführungsbeispiel ist eine Folie 13', die aus Metall,
wie rostfreiem Stahl oder dergleichen besteht, zylindrisch
am Umfang der aus billigem rostfreiem Stahl bestehenden
Verteilungskammer 4 angeordnet und austauschbar in
geeigneter Weise befestigt. Das untere Teil dieser zylindrisch
angeordneten Folie 13' ist schurzformig ausgebildet. Das
Bezugszeichen 1a bezeichnet ein Deckelteil der
Vakuumkammer 1, um die Folie 13' anzuordnen. Das Bezugszeichen 4a
bezeichnet ein Kühlrohr aus rostfreiem Stahl, um die
Verteilungskammer 4 zu kühlen. Im übrigen entspricht die
Vorrichtung der Figur 1 (A).
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Da unverbrauchte Reaktionsprodukte, welche die
Reaktionskammer bei der Halbleiterschichtbildung verlassen, an der
Oberfläche der zylindrlschen Folie 13' anhaften, werden
als Ergebnis dieser Konstruktion andere Teile der
Vakuumkammer in einem weiten Bereich vor Verschmutzungen
geschützt. Dies ist der Fall, weil die Temperatur der
zweiten Verteilungskammer gegenüber der der Reaktionskammer 2
relativ niedrig ist und sich unverbrauchtes
Reaktionsmaterial vorzugsweise an das Teil anlagert, dessen
Temperatur niedrig ist. Deshalb wird der Umfang der
Verteilungskammer 4 durch die zylindrische Folie 13' vor Verschmutzung
geschützt.