DE1268600B

DE1268600B - Verfahren zum epitaktischen Abscheiden einer einkristallinen, insbesondere dotiertenHalbleiterschicht

Info

Publication number: DE1268600B
Application number: DE19641268600
Authority: DE
Inventors: Dipl-Chem Dr Julius Nickl
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1964-11-16
Filing date: 1964-11-16
Publication date: 1968-05-22

Description

Verfahren zum epitaktischen Abscheiden einer einkristallinen, insbesondere dotierten Halbleiterschicht Zum Herstellen von Halbleiterbauelementen wird häufig das als Epitaxie bekannte Verfahren angewendet. Dieses besteht darin, daß man scheibenförmige Halbleiterkristalle, insbesondere Einkristalle auf eine hohe, jedoch unterhalb des Schmelzpunktes des Halbleiters liegende Temperatur aufheizt und gleichzeitig über die Scheiben ein Reaktionsgas hinwegleitet, aus welchem bei der Temperatur der Scheiben der betreffende Halbleiter auf den Scheiben in einkristallinem Zustand abgeschieden wird. Die Beheizung der als Träger dienenden Halbleiterkristallscheiben erfolgt vornehmlich auf elektrischem Weg, indem diese Scheiben während des Abscheidevorganges mit einem aus leitendem, hitzebeständigem Material bestehenden Support, der während des Betriebes von einem ihn durchfließenden elektrischen Strom beheizt wird, in Berührung gehalten werden.
Als Reaktionsgas verwendet man im Interesse der Reinheit des zu erhaltenden Produktes nur solche Verbindungen des Halbleiters, in denen dieser an ein Element der Halogengruppe und/oder an Wasserstoff gebunden ist. Weitere, insbesondere metallische Bestandteile soll die zu verwendende Halbleiterverbindung nicht enthalten. Dasselbe gilt für eine dem Reaktionsgas in vielen Fällen beizumischende Verbindung eines Dotierungsstoffes. Die Verwendung reiner Wasserstoffverbindungen, z. B. von SH4, führt zwar zu einer besonders hohen Reinheit des abgeschiedenen Halbleiters; die hohe Zersetzlichkeit dieser Verbindungen, die leicht zu Explosionen führen kann, verlangt große Vorsicht in der Handhabung.
Dieser Nachteil entfällt, wenn man halogenhaltige Verbindungen des Halbleiters und des Dotierungsstoffes als Ausgangsverbindungen verwendet. Im allgemeinen führt die Verwendung solcher Halbleiterverbindungen auch zu einer besseren Kristallgüte als die Verwendung von reinen Wasserstoffverbindungen, weil die Reversibilität der Umsetzungen der Halogenverbindungen zur Verhinderung ungleichmäßigen Wachstums der entstehenden Schichten ausgenutzt werden kann, was bei den nur noch Wasserstoff enthaltenden Halbleiterverbindungen nicht möglich ist. Andererseits sind Halbleiterhalogenide gegen Einwirkung von Luft, Feuchtigkeit usw. empfindlich. Infolge dieser Eigenschaften können auf Grund Alterungserscheinungen leicht Verunreinigungen in das erhaltene Halbleitermaterial eingeschleppt werden, welche unter anderem auch das angestrebte einkristalline Wachstum der abzuscheidenden Halbleiterschichten empfindlich stören können. Es empfiehlt sich deshalb, möglichst frisches Halbleiterhalogenid für die Epitaxie zu verwenden. Diese Nachteile können bei einem Verfahren zum epitaktischen Abscheiden einer einkristallinen, insbesondere dotierten Halbleiterschicht auf einen als Substrat dienenden Trägerkörper aus dem gleichen Halbleitermaterial vermieden werden, wobei das Reaktionsgas eine Verbindung des Halbleiters und gegebenenfalls auch des Dotierungsstoffes mit Halogen und höchstens noch mit Wasserstoff sowie Wasserstoff oder ein inertes Gas enthält, wobei gleichzeitig mit der epitaktischen Abscheidung eine laufende Erzeugung der Halbleiter- und gegebenenfalls der Dotierstoffverbindung vorgenommen wird, indem gasförmiges Halogen und/oder gasförmiger Halogenwasserstoff über einen erhitzten Vorrat des Halbleiterstoffes und gegebenenfalls des Dotierstoffes geleitet wird, wobei das Reaktionsgas über den Trägerkörper geführt und dabei die Temperatur des Trägerkörpers auf die Temperatur des Halbleitervorrates derart abgestimmt wird, daß Halbleiter- und gegebenenfalls Dotierungsmaterial des Vorrats auf den Weg über gasförmige Halogenverbindungen auf dem Trägerkörper einkristallin niedergeschlagen werden und als Störkeime wirksame Bestandteile des Reaktionsgases können ausgeschaltet werden, wenn erfindungsgemäß das Reaktionsgas durch eine poröse Wand dem zu beschichtenden Trägerkörper zugeführt wird.
Dieses Verfahren führt zu störungsfreien Einkristallen.
In der Zeichnung ist eine zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignete Apparatur dargestellt. Sie besteht aus einem vertikalen Quarzrohr 1, das durch eine horizontale, poröse Zwischenwand 2, in zwei Abschnitte 3 und 8 unterteilt ist. Im unteren Abschnitt 3 befindet sich ein Vorrat 4 aus dotiertem, z. B. pulverförmigem Silicium, das durch eine Heizwicklung 5 oder eine andere Heizvorrichtung auf etwa 1300° C erhitzt und von an der Stelle 6 eintretendem Halogen oder Halogenwasserstoff (z. B. CHI, C12, Br2) durchströmt und dabei allmählich aufgelöst wird. Dabei findet z. B. Entstehung von SiHC13 oder SiC14 statt. Die Abgase dieser Reaktion werden an der Stelle 7, mit Wasserstoff vermischt und gelangen über die poröse Wand 2 von unten her in den Abschnitt 8 des Reaktionsgefäßes 1. In diesem befindet sich ein aus leitendem, hitzebeständigem Material, z. B. auch aus Silicium bestehender Support 9, auf dem sich die zu beschichtende Halbleiterscheibe 10 aus Silicium, befindet. Die Abgase verlassen bei 11 das Reaktionsgefäß. Eine Beheizung 12, z. B. eine Hochfrequenzspule, sorgt für die Erhitzung des Trägers und damit der Halbleiterscheibe 10. Sie wird beispielsweise auf 1150° C erhitzt.

Claims

Patentanspruch: Verfahren zum epitaktischen Abscheiden einer einkristallinen, insbesondere dotierten Halbleiterschicht auf einen als Substrat dienenden Trägerkörper aus dem gleichen Halbleitermaterial, bei dem das Reaktionsgas eine Verbindung des Halbleiters und gegebenenfalls auch des Dotierungsstoffes mit Halogen und höchstens noch mit Wasserstoff sowie Wasserstoff oder ein inertes Gas enthält, bei dem gleichzeitig mit der epitaktischen Abscheidung eine laufende Erzeugung der Halbleiter- und gegebenenfalls der Dotierstoffverbindung vorgenommen wird, indem gasförmiges Halogen und/oder gasförmiger Halogenwasserstoff über einen erhitzten Vorrat des Halbleiterstoffes und gegebenenfalls des Dotierstoffes geleitet wird, bei dem das Reaktionsgas über den Trägerkörper geführt und dabei die Temperatur des Trägerkörpers auf die Temperatur des Halbleitervorrates derart abgestimmt wird, daß Halbleiter- und gegebenenfalls Dotierungsmaterial des Vorrats auf den Weg über gasförmige Halogenverbindungen auf dem Trägerkörper einkristallin niedergeschlagen werden, d a d u r c h g e k e n n -zeichnet, daß das Reaktionsgas durch eine poröse Wand dem zu beschichtenden Trägerkörper zugeführt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 865160.