JPH04500241A - 真空中で支持体へ皮膜を蒸着するための方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 真空中で支持体へ皮膜を蒸着するための方法と装置不発明は、真空中で支持体へ 皮膜金蒸着する念めＯ方法番で関し、該方法に少なくとも１種の皮膜材料を加熱 することによって得られた蒸気を被覆すべき支持体表面上＼凝縮さ、せる前（（ 熱い壁間を案内することより成り、壁は案内長さにわたって少なくともほぼ一定 の流過横断面を形成している。更に本発明はこの方法全実施するための装置（Ｃ 関する。

例えば半導体素子の製作に関して支持体上にエピタキシャルａｔ設ける際に材料 品質に対する高０要求を満こさせ得るため（′ｃは、エピタキシャルＨｔ　ＩＫ ？中で蒸気相から支持体上ンで成長させる。この目的のためには被覆材料を蒸発 室内で蒸発させ、かつ蒸ｚを比較的小さな横断面を持つ開口を通して真空室内へ 流出づせることが知られており、真空室内でｌ−ｉ被覆すべき支持体が蒸発室か ら所定の距離金属いて保持されているので、支持体へ違した蒸気は被覆すべき支 持体表面′＼、温度状態に依存する成長速度、し念がって蒸気＠度と支持体温度 を介して調節可能である成長速度で凝縮する。蒸発室の出口開口は流出する蒸気 流に関する絞り開口を形成しており、これでもって蒸気流を支持体へ向けること ができる。蒸気室から流出する蒸気流の蒸気のＶＢ度の、流過横断面にわたって の均一な分布が得られないので、一様な襖厚？得るに、は被覆−ｒべき支持体表 面全支持体の範囲における蒸７７流の流過横断面よりも著しく小さく選択しなけ ればならず、蒸発された材料は僅かしか利用されないのでこれはエピタキシャル 膜の形成には高すぎる材料消費をも念らすことになる。

皮膜の容積に比べて亮い材料使用を減少せＬ２めるためには、蒸発室から流出す る被覆材料の蒸気を顎熱された管内で導くことが知られており、管（・づ、出口 側で被覆すべき支持体を受容している。このように熱い壁間で蒸気益金案内する ことは（相対的に高い壁温度のために壁では蒸気がｊｊ！縮することはな（へ） 、蒸発室と支持体との間１で少な（ともほぼ閉じられた蒸気案内が得られること なので材料消費を制限するが、蒸気の密度が管の流過横断面にわたりて不均一に 分布するので面倒な手段を講じなければ比較的大きな支持体表面を一様に被覆す ることはできなめ。その上に支持体が隣接の熱い壁１てよって不所望な形でエピ タキシャル勝の成長に有利な表面温度を上回る温度まで加熱される危険がある。

しｔがって本発明の課題は、上記の欠点を回避し、かつ比較的大きな支持体表面 も少なくとも１つの蒸発させた被覆材料で有利な材料利用の下に一様に被覆する ことが保証される方法を提供することである。

上記の課題を解決するための本発明の手段は、冒頭に記載された形式の方法から 出発して蒸気が分子の自由な流動状態の下に熱い壁間を出る前に蒸気を先ず流過 横断面の最小直径の１′Ｖ２倍に相当する長さ以上の長さにわたって熱い壁間を 案内し、かつ出口側で熱い壁によって形成された流過横断面の最小直径の肴から ２　Ｖ２倍に等しい平均流動距離全通過後に被覆すべき支持体表面上へ凝縮させ ることよ構成る。

被覆材料蒸気全熱い壁間全この壁によって形成される流過横断面の最小直径の少 なくとも１Ｖ２倍に相当する長さにわ几って案内することは、先ず、分子の自由 な運動状報が配慮された場合に分子の流れのある程度の平行化を可能にする、そ れというのもこの場合には特に少なくとも熱い壁によって規定された流れの軸線 の方向に移動する蒸気分子のみが熱い壁によって形成された流路を出ることがで きるからである。この平行化効果を比較的多数の分子の粒子の衝突によって損わ ないためには分子の自由な流動状態が維持されなければならない。したがってこ のような流動状態に関しては被覆材料の蒸気分子もしくは原子の平均の自由路長 が少なくとも流過横断面の最少直径に相当するという条件が満たされなければな らない。複数の被覆材料を使用する場合には、この条件は最小の平均自由路長を 有する被覆材料に該当する。蒸気の分子粒子の平均自由路長は著しく蒸気温度に 依存するので、要求される分子の自由な流動状態も簡単な方法で適切な温度制御 を介して維持することができる。

ただし熱い壁間金山た蒸気はここ全出た直後にではなく、一定の流動距離を通過 後に被覆すべき支持体表面へ凝縮せしめられる。すなわち熱い壁の流出端部がら 一定の距離範囲内にある遠距離フィールド内における密度の分布に比べて近距離 フィールド内において比較的大きな流過横断面にわたって均一な密度分Ｓが得ら れ、そのために近距離フィールドの範囲内では比較的大きな支持体表面にもエピ タキシャル膜を一様に設けることができる。熱い壁の流出端部のＷ！囲における 流過横断面の最小直径の偽から２１／２倍の距離範囲内においてこの効果を有利 に利用することができ、分子の粒子の密度は流れの軸線からの距＠が大きくなる と均一な密度分布に続いて急激に低下し、し念がってこれによって生じる材料損 失は限られた範囲にとどまり、かつ−、傑な被覆の要求と良好な材料利用の要求 とを有利に結び付けることができる。

本発明の構成ではエピタキシャル膜の特に有利な成長条件は熱い壁間から出た蒸 気が被覆すべき支持体表面へ凝縮する前に、出口側で熱い壁によって形成された 流過横断面の最小直径の１倍から１１／２倍に相当する平均流動路＠を自由に流 れることによって保証される、それというのもこの距離の関係では支持体上での 皮膜の一様な成長に関して、かつ材料利用に関して最適化が保証されるからであ る。

本発明による方法を実施するためには、真壁室中１′Ｃ設けらハた蒸発室少なく とも１つと流路の軸線方向上に配置さｉ″Ｌ７′Ｃ，、被覆すべき支持本のため のホルダと全１□えた装置であって、上記の蒸発室が少なくともほぼ一定の流過 横断面金持つ流路全形成する即熱可能な壁間へ連通した形式のものから山登する 。この装！！ｌは、ＦＩ熟熱可能壁間の流路Ｏ長さが流路の最小直径の少なくと も１Ｖ′２倍に相当し、かつホルダが支持体位宜にｉｇ　して・つ蕃路、つ出口 端部からの距＠が流路の出口横断面・、：）最・Ｊｓ　：ｉ　ｉ　Ｉτ）七゛２ から２１７／′２倍の量となＳように真空室内（・こ配ｔさｔ′Ｌるように構成 される。加熱可能な壁上流動プ５　（Ｆｆｉ＋で適切に設定し、かつ被覆すべき 支持体の７也ど〕Ｌつホτ・々゛全全絡路出口端部から所定・つ距離の；１７Ｔ ＋・で配置すＳこと（二より支持体の範囲内で、しかも熱い壁間ψつ庵路の出口 開口の横断面（て相当する横断面にわたって、均一、な密度分布全頁する蒸気の 流〕１が必然的（で達成される。このこと１・−１流路の軸線方向でみて渭］つ た、被覆すべさ支持体と流路の出口端部との間の距離が流路の出口横断面の奢少 直径の１〜１１ｚ′２倍（て相当てる場合に特に該当゛する。

これと関連しては流路［てついては一般に円形横断面が配慮されること１述べな けねばならない。し、ｔがって熱い壁は相応ずＳ管によって形成することができ る。

しかし円形横断面とは異なる輪郭形状を持つ支持体については他の、支持体のそ の輪郭形状に適合された横断面形状も流路に関して配置することができ、しかも 流路を閉じた形で熱い壁によって形成する必要はない。

蒸気流全熱い壁間を十分に案内することが必要であるにすぎケしン。

図面に基いて本発明による方法について詳述される。

図面シては真空中で支持体上に皮ｉｔ蒸着するための本発明にＸる装置が軸線１ 含む略示断面図で示されている。

図示の実施例による装置は王に１点鑓線で略示されたにすぎな０．ｌＥ空室１を 備えており、真空室は最高１０１ミリバールの残留ゴスＥｔ有する。被覆すべき 支持体６Ｋｆｆ数の被覆材料から成るエピタキシャル膜を設けＳことができるよ うに真空室１内の石英管５内に同心的な蒸発室２，３．４が配置きれている。蒸 発室２　、３．　、４の７ＩＤ熱のためにこれらにはヒータ７．８゜９が配属さ れでおり、ヒータはそれぞれ石英管５の周囲に分配された、対応する接続リング １１間の電気的な抵抗加熱導体１０を備えている。これらのヒータγ。

８．９１は複数のモリブデン遮蔽体１２によって外側から遮蔽されており、モリ ブデン遮蔽体は抵抗加熱導体１０を包理している。

蒸発室２，３．４は管１３に連通しており、管は下端の範囲に蒸発室２全形成し ており、かつ管の壁１４は同様（でシて加熱装置２ｔ−介して加熱することがで きる。加熱装置は比較可能な形式と方法で接続リング１１間に配置された抵抗加 熱導体１０から構成されている。この管１３は熱い壁１４でもって蒸発室２，３ ゜４から得られた蒸気のための流路１６１ｉ−形成している。

蒸気は管１３の出口端部１７から真空室１内に流出し、かつ自由流路を進んだ後 に出口端部１７から距離を置いてホルダ１８内に配電され九支持体６の被覆すべ き表面上に凝縮せしめられる。エピタキシャル膜の成長速度に材料の蒸気圧およ び支持体６４の温度を介して制御され、その穴めに支持体にはヒータ１９が配属 されている。

管１３の出口端部１１と支持体６のためのホルダ１８との間には軸２０を中心に して回転調節移動可能なシャッタ２１が設けられ、シャッタを介して被覆過程の 開始と終了を厳密に決めることができる。

実施例によれば支持体６はヒ化がリウムの直径２５鎮のディスクから成る。この ヒ化がリウムーディスクにテルル化カドミウム＠全設ける場合、テルル化カドミ ウム嗅は要求に応じてテルルないしはカドミウムを僅かな過剰量でドーピングす る。そのためには主被覆材料のテルル化カドミウム金蒸発室２に、かつ被覆材料 テルルとカドミウム金蒸発室３と４に装入する。蒸発室２は温度４６０〜５２０ ℃に、蒸発室３は温度３５０〜４２０℃に、かつ蒸発室４は温度２５０〜３００ ℃に加熱され、その結果材料から出した蒸気分子は蒸発室２，３．４から管１３ 内の流路１６内へ到達する。管１３の壁１４は温度５２０〜５７０℃に加熱され る。管１３は直径約５０龍および蒸気流のための胃効案内長さ約９０１１□を有 している。管１３の出口端部１Ｔと被覆すべき支持体６との間の距＠は４５ｎに 選択されている。

支持体６が温度２００〜４５０℃に加熱された後、シャッタ２１は旋回せしめら れて蒸気の流路から外され、かつ管１３へ向けられた支持体６の表百が被覆され る。支持体温度３５０℃および主被覆材料の温度５００℃でエピタキシャル膜の 成長速度２．５μｍ　／　ｈが達成され、しかも一様な膜厚が得られた。支持体 表面にわたって光学的および機械的に測定された膜厚の偏差は４％よりも小さく 、測定方法の測定精度のために測定されない。

皮喚の蒸着の間真空室内では残留がス圧約１０−１０ミリバールが維持された。

本発明が図示の実施例に限定されるものではないことは詳述するまでもない。例 えば支持体６のためのホルダ１８は、大面積の支持体の場合に一様な膜厚ｔ−得 るために公知の形式で付加的に移動させることができる。

国際調査報告 国際調査報告

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．少なくとも１種の被覆材料を加熱することによつて得られた蒸気を被覆すべ き支持体表面上に凝縮する前に案内長さにわたつて少なくともほぼ一定の流過横 断面を形成した熱い壁間を案内することによつて真空中で支持体へ皮膜を蒸着す るための方法において、蒸気をこれが分子の自由な流動状態の下に熱い壁間を出 る前に流過横断面の最小直径の１（１／２）倍に相当する長さ以上の長さにわた つて熱い壁間を案内し、かつ出口側で熱い壁によつて形成された流過横断面の最 小直径の１／２から２（１／２）倍に相当する平均流動距離の後で被覆すべき支 持体表面上へ凝縮せしめることを特徴とする、真空中で支持体へ皮膜を蒸着する ための方法。
2. ２．熱い壁間を出た蒸気を、被覆すべき支持体表面へ凝縮する前に出口側で熱い 壁によつて形成された流過横断面の最小直径の１倍から１（１／２）倍に相当す る平均流動距離を自由に流動させる、請求項１記載の方法。
3. ３．請求項１または２による方法を実施するための装置であつて、真空室中に少 なくとも１つの蒸発室が設けられており、蒸発室が少なくともほぼ一定の流過横 断面を有する流路を形成した加熱可能な壁間へ連通しており、かつ流路の軸線方 向上に配置された、被覆すべき支持体のためのホルダが設けられている形式のも のにおいて、加熱可能な壁（１４）間の流路（１６）の長さが流路（１６）の最 小直径の少なくとも１（１／２）倍に相当し、かつホルダ（１８）が支持体位置 に関して流路（１６）の出口端部（１７）から流路（１６）の出口横断面の最少 直径の１（１／２）から２（１／２）倍の量の距離を置いて真空室（１）内に配 置されていることを特徴とする、装置。
4. ４．流路（１６）の軸線の方向でみて測つた、被覆すべき支持体（６）と流路（ １６）の出口端部（１７）との間の距離が流路（１６）の出口横断面の最少直径 の１倍から１（１／２）倍に相当する、請求項３記載の装置。