DE1544191C3

DE1544191C3 - Process for the production of semiconductor material

Info

Publication number: DE1544191C3
Application number: DE19651544191
Authority: DE
Inventors: Donald Lloyd Elbridge Sprague James Esley Clay N Y Malguit (VStA)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1964-07-27
Filing date: 1965-07-24
Publication date: 1977-08-25

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Halbleitermaterial durch epitaxiale, mit Hilfe einer dampfförmigen Halbleiterverbindung durchgeführten Abscheidung einer Schicht aus Halbleitermaterial von einem Quellkörper auf ausgewählte Teile der Oberfläche eines Halbleitersubstrats in einer halogenhaltigen Atmosphäre, wobei das Substrat in einem geringen Abstand von dem Quellkörper aus Halbleitermaterial angeordnet wird.The invention relates to a method for the production of semiconductor material by epitaxial, with the help of a vaporous semiconductor compound carried out deposition of a layer of semiconductor material from a swelling body on selected parts of the surface of a semiconductor substrate in a halogen-containing Atmosphere, wherein the substrate is arranged at a small distance from the swelling body made of semiconductor material will.

Der Ausdruck »epitaxiale Abscheidung« bedeutet dabei die Bildung einer Schicht aus monokristallinem Halbleitermaterial (d. h. eine orientierte Kristallabscheidung), die auf einem monikristallinen Substrat niedergeschlagen wird und deren Kristallgitterstruktur eine Fortsetzung der Gitterstruktur des Substrates ist, die sich jedoch insofern von dieser unterscheiden kann, als sie Verunreinigungen enthalten kann, welche zur Ausbildung bestimmter elektrischer Eigenschaften, z. B. der Leitfähigkeit, des spezifischen Widerstands od. dgl., die das Substrat nicht aufweist, notwendig sind.The expression "epitaxial deposition" means the formation of a layer of monocrystalline Semiconductor material (i.e. an oriented crystal deposit) deposited on a monicrystalline substrate is deposited and whose crystal lattice structure is a continuation of the lattice structure of the substrate, However, this may differ from this in that it may contain impurities that lead to Formation of certain electrical properties, e.g. B. the conductivity, the specific resistance or the like., which the substrate does not have, are necessary.

Das epitaxiale Züchten oder Niederschlagen von monokristallinem Halbleitermaterial durch Zersetzung einer gasförmigen Verbindung aus diesem Halbleitermaterial ist bekannt. Bei einem bekannten Verfahren werden geeignete Halbleiterhalogenide, wie z. B. Siliciumtetrachlorid, bei hohen Temperaturen mit Wasserstoff reduziert. Es ist ferner ein pyrolytisches Verfahren zum epitaxialen Züchten bekannt, wobei sich das Substrat, auf dem das epitaxiale Wachstum stattfinden soll, innerhalb eines Reaktionsgefäßes mit genügend hoher Temperatur befindet, so daß unter einer Wasserstoffatmosphäre in der Nähe des ausgewählten Substrats eine zugeführte gasförmige Halbleiterverbindung pyrolytisch dissoziiert was ein Niederschlagen von Halbleitermaterial auf dem Substrat zur Folge hat. Bei einem anderen bekannten Verfahren zum epitaxialen Züchten wird eine Disproportionierung verwendet, wobei die als Substrat für die epitaxiale Züchtung ausgewählte Auftreffplatte eine genügend tiefe Temperatur hat, damit eine erhitzte gasförmige Halbleiterverbindung, der sie ausgesetzt ist, sich in ihrer Nähe zersetzt und dadurch das gewünschte Halbleitermaterial auf ihr niedergeschlagen wird.
Das epitaxiale Züchten hat zwar eine Reihe von Vorteilen, z. B. eine leichte Steuerbarkeit der epitaxialen Schicht und der elektrischen Eigenschaften, wie z. B. des Leitfähgkeitstyps, des spezifischen Widerstands oder der Verunreinigungskonzentration, jedoch ist die Anwendung des epitaxialen Zuchtverfahrens in der Industrie auf die Herstellung von Halbleiterplatten oder andere relativ große Halbleiterkörper beschränkt, aus denen dann später in anderen Verfahrensschritten Halbleiterbauelemente hergestellt werden. Es ist zwar des öfteren versucht worden, das epitaxiale Züchten auch in ausgewählten Gebieten eines Substrats vorzunehmen, die z. B. durch eine Maske begrenzt sind, doch zeichnen sich diese bekannten Verfahren durch äußerst geringe Wachstumsgeschwindigkeiten und damit durch lange Wachstumszeiten aus, die in der Größenordnung von Tagen liegen, bis brauchbare Dicken erreicht sind und die Maske entfernt werden kann.The epitaxial growth or deposition of monocrystalline semiconductor material by decomposing a gaseous compound from this semiconductor material is known. In a known method, suitable semiconductor halides, such as. B. silicon tetrachloride, reduced at high temperatures with hydrogen. Furthermore, a pyrolytic process for epitaxial growth is known, wherein the substrate on which the epitaxial growth is to take place is located within a reaction vessel at a sufficiently high temperature that a supplied gaseous semiconductor compound pyrolytically dissociates under a hydrogen atmosphere in the vicinity of the selected substrate which results in the deposition of semiconductor material on the substrate. Another known method for epitaxial growth uses disproportionation, the target plate selected as the substrate for the epitaxial growth having a temperature sufficiently low for a heated gaseous semiconductor compound to which it is exposed to decompose in its vicinity and thereby the desired semiconductor material is cast down on her.
While epitaxial growth has a number of advantages, e.g. B. an easy controllability of the epitaxial layer and the electrical properties, such as. B. the conductivity type, the specific resistance or the impurity concentration, however, the application of the epitaxial growth process in industry is limited to the production of semiconductor wafers or other relatively large semiconductor bodies, from which semiconductor components are then later produced in other process steps. Attempts have been made several times to carry out the epitaxial growth in selected areas of a substrate which, for. B. are limited by a mask, but these known methods are characterized by extremely low growth rates and thus by long growth times, which are on the order of days, until useful thicknesses are reached and the mask can be removed.

Bei einem anderen bekannten Verfahren (DT-PS 11 52 197), bei dem eine Abscheidung auch auf ausgewählten Teilen der Oberfläche eines Halbleitersubstrats stattfinden soll, werden die Schwierigkeiten, die sich bei der Verwendung von Masken ergeben, dadurch umgangen, daß die Tatsache ausgenutzt wird, daß eine Abscheidung praktisch nur bei einem Abstand zwischen dem das Halbleitermaterial umgebender Quellkörper und dem Substrat von höchstens 10 μ erfolgt. Um auf dem Substrat eine Abscheidung in Mustern zu erreichen, wird der das Halbleitermaterial abgebende Quellkörper mit entsprechenden Vertiefungen versehen, wobei dann im Bereich dieser Vertiefungen keine nennenswerte Abscheidung erfolgen kann. Bei diesem bekannten Verfahren wird zur Verdünnung der halogenhaltigen Atmosphäre Wasserstoff verwendet. Ferner befindet sich bei diesen bekannten Verfahren das Halbleitersubstrat, auf dem das Halbleitermaterial aufgebracht werden soll, auch auf einer niedrigeren Temperatur als der das Halbleitermaterial abgebende Quellkörper. Der Transport erfolgt also auch in Richtung niedrigerer Temperatur. Dieses bekannte Verfahren ist jedoch trotz Vermeidung von Masken verhältnismäßig aufwendig, da der Quellkörper für jedes Muster eine bestimmte Form aufweisen muß. Falls bei diesem Verfahren jedoch eine Siliciumdioxidmaske zur Herstellung der Muster verwendet wird, ist eine Abscheidung nur innerhalb eines engen Bereichs der Parameter möglich und es besteht die Gefahr, daß sich die Siliciumdioxidmaske auflöst.In another known method (DT-PS 11 52 197), in which a deposition is also selected Dividing the surface of a semiconductor substrate should take place, the difficulties that arise with the use of masks, bypassed that the fact is exploited that a Deposition practically only at a distance between the swelling body surrounding the semiconductor material and the substrate of at most 10 μ takes place. In order to be deposited in patterns on the substrate achieve, the swelling body releasing the semiconductor material is provided with corresponding depressions, in which case no significant deposition can then take place in the area of these depressions. With this one known method is used to dilute the halogen-containing atmosphere hydrogen. Further In these known methods, the semiconductor substrate on which the semiconductor material is applied is located should be, also at a lower temperature than that of the semiconductor material donating Swelling body. The transport also takes place in the direction of a lower temperature. This known method is, however, relatively expensive despite avoiding masks, since the swelling body for each pattern must have a certain shape. However, if a silicon dioxide mask is used in this process Making the pattern used is deposition only within a narrow range of parameters possible and there is a risk that the silicon dioxide mask will dissolve.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur epitaxialen Züchtung von Halbleitermaterial mit pn-Übergängen anzugeben, bei dem das Halbleitermaterial in einem weiten Bereich steuerbarer Stärke sowie mit hoher Geschwindigkeit auf einem Substrat aufgebracht werden kann, ohne daß eine Siliciumdioxidmaske beim epitaxialen Wachsen zerstört wird.The invention is based on the object of a method for the epitaxial growth of semiconductor material specify with pn junctions, in which the semiconductor material in a wide range of controllable strength as well as being deposited on a substrate at high speed without the need for a silicon dioxide mask is destroyed during epitaxial growth.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die ausgewählten freien Teile auf dem Substrat durch Öffnungen in einer auf dem Substrat befindlichen Siliciumdioxidmaske begrenzt werden, daß der Abstand zwischen Substrat und Quellkörper auf 0,1 bis 2 mm gehalten und der Quellkörper auf etwa 1000⁰C, das Substrat auf etwa 1100°C erwärmt wird und daß Joddampf unter einem Druck von 0,5 bis 5 mm Hg zwischen den Quellkörper und das Substrat eingeleitet wird.This object is achieved in that the free parts selected are limited on the substrate through openings in a on-substrate silicon dioxide, that the distance between the substrate and the source body to 0.1 maintained mm to 2 and the swelling body to about 1000 ⁰ C, the substrate is heated to about 1100 ° C and that iodine vapor is introduced under a pressure of 0.5 to 5 mm Hg between the swelling body and the substrate.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß das epitaxiale Wachsen auf der Oberfläche eines Substrats aus Halbleitermaterial in ausgewählten Gebieten mit scharfen, vorgewählten Grenzen dadurch angeregt werden kann, daß man das Halbleitersubstrat mit einer geeigneten Materialmaske versieht, die auch nachher erhalten bleibt. Da die Maske aus Siliciumdioxid bei einer epitaxialen Abscheidung unter den angegebenen Bedingungen nicht angegriffen wird, wird eine Steuerung des epitaxialen Aufwachsens von gemusterten Schichten in einem weiten Bereich verschiedener Starken möglich. Es ergibt sich der weitere Vorteil, daß die unversehrt bleibende Siliciumdioxidmaske eine Schutz-λ schicht bildet, die zur Vermeidung nachfolgender Än- - derungen der elektrischen oder anderen Eigenschaften des darunterliegenden Halbleitermaterials dient und die auch zwischen dem epitaxialen Niederschlag und dem darunterliegenden Halbleitermaterial gebildete pn-Übergänge zu passivieren bzw. isolieren. Dadurch lassen sich weitere Verfahrensschritte einsparen.The invention is based on the knowledge that epitaxial growth occurs on the surface of a substrate made of semiconductor material in selected areas with sharp, preselected limits thereby stimulated can be that one provides the semiconductor substrate with a suitable material mask, which also afterwards preserved. Since the mask is made of silicon dioxide in the case of an epitaxial deposition below the specified Conditions is not attacked, a control of the epitaxial growth of patterned Layers in a wide range of different thicknesses possible. There is the further advantage that the The undamaged silicon dioxide mask forms a protective λ layer that prevents subsequent changes - Changes in the electrical or other properties of the underlying semiconductor material is used and that also formed between the epitaxial deposit and the underlying semiconductor material to passivate or isolate pn junctions. This means that further process steps can be saved.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil des Siliciumtransports und der epitaxialen Abscheidung bei den angegebenen Temperaturen und Drucken besteht darin, daß kein Rücktransport von Substratmaterial vorhanden ist. Folglich wird das Quellkörpermaterial gleichmäßig abgegeben und gleichmäßig auf dem Substrat niedergeschlagen, so daß das Halbleitermaterial genau die erwünschten Eigenschaften erhalten kann. Durch die erfindungsgemäßen Merkmale wird ferner die Abscheidungsgeschwindigkeit erhöht. Diese erhöhte Abscheidungsgeschwindigkeit ist dadurch bedingt, daß das Quellenkörpermaterial rascher als bei den bekannten Verfahren abgenommen und dann zu dem Substrat befördert werden kann.Another major advantage of silicon transport and epitaxial deposition in the specified Temperatures and pressures consists in the fact that there is no back transport of substrate material is. As a result, the swelling body material is uniformly dispensed and deposited uniformly on the substrate, so that the semiconductor material can obtain exactly the desired properties. By the invention Features also increases the rate of deposition. This increased rate of deposition is due to the fact that the source body material faster than the known Process can be removed and then conveyed to the substrate.

Als weiterer Vorteil ergibt sich, daß im wesentlichen "$ keine Ablagerungen von Halbleitermaterial auf unerwünschten Flächen der Siliciumdioxidmaske stattfindet, und zwar insbesondere wegen der verhältnismäßig geringen Temperaturen, die im Vergleich zu den höheren Temperaturen von 1250° C bei der Wasserstoffreduktion von Halbleiterhalogenverbindungen notwendig sind, und es wird somit eine Kristallkernbildung von Halbleitermaterial auf der Maske verhindert. Darüber hinaus wird auch eine Selbstdotierung des epitaxial abgeschiedenen Materials wegen der verhältnismäßig niedrigen Temperatur des Substrats und der hohen Ab-Scheidegeschwindigkeit verhindert.As a further advantage is obtained that essentially "takes place $ no deposits of semiconductor material on undesired areas of the silicon dioxide, in particular because of the relatively low temperatures which are necessary in comparison to the higher temperatures of 1250 ° C in the hydrogen reduction of semiconductor halides, and a nucleation of semiconductor material on the mask is thus prevented, and self-doping of the epitaxially deposited material is also prevented because of the relatively low temperature of the substrate and the high deposition rate.

Es sei hier noch darauf eingegangen, daß auch schon ein anderes Verfahren zur epitaxialen Abscheidung von Schichten mit Hilfe einer halogenhaltigen Atmosphäre bekannt ist (FR-PS 13 64 522), bei dem der Abstand zwischen dem Substrat und dem Quellkörper ebenfalls gering sein muß, damit man eine günstige Arbeitsweise erhält. Bei diesem bekannten Verfahren wird zwar auch kein Wasserstoff bei der Abscheidung verwendet, jedoch ist eine Maskierung des Substrats nicht vorgesehen. Ferner ist bei diesem bekannten Verfahren der erfindungsgemäße Temperaturgradient nicht erforderlich. It should be mentioned here that another method for the epitaxial deposition of Layers using a halogen-containing atmosphere is known (FR-PS 13 64 522), in which the distance between the substrate and the swelling body must also be small, so that one can work in a favorable manner receives. In this known method, no hydrogen is used in the deposition either, however masking of the substrate is not provided. In addition, this known method is the method according to the invention Temperature gradient not required.

Es ist andererseits davon auszugehen, daß der Siliciumtransport in verschiedenen Systemen beispielsweise auch im Si-j-System seit längerer Zeit bekannt ist (Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie, Bd. 290, 1957, S. 286 bis 288). Es wurde auch schon die Möglichkeit erkannt, daß bei der exothermen Reaktion das Silicium zur heißeren Zone hin wandert, jedoch wurde bei diesen Untersuchungen nicht das epitaxiale Abscheiden von Silicium mit eingeschlossen und es bleibt offen, unter welchen Bedingungen das epitaxiale Aufwachsen von Schichten günstig ist. Auf Grund der Untersuchung konnte man vielmehr annehmen, daß bei kleineren Drucken, bei denen die exotherme Reaktion auftritt, bei der das Silicium zur heißeren Zone wandert, die Abscheidung gering ist, da bei abnehmendem Druck die transportierte Siliciummenge kleiner wird.On the other hand, it can be assumed that the silicon transport in different systems, for example has also been known for a long time in the Si-j system (journal for inorganic and general chemistry, Vol. 290, 1957, pp. 286 to 288). The possibility has also been recognized that in the exothermic reaction the silicon migrates towards the hotter zone, but in these investigations it did not become the epitaxial Deposition of silicon with included and it remains open under which conditions the epitaxial Growing layers is beneficial. On the basis of the investigation one could rather assume that with lower pressures at which the exothermic reaction occurs, at which the silicon migrates to the hotter zone, the deposition is low, since the amount of silicon transported becomes smaller as the pressure decreases.

Schließlich sei noch darauf hingewiesen, daß darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung von Halbleitermaterial durch epitaxiale, mit Hilfe einer dampfförmigen Halbleiterverbindung durchgeführte Abscheidung von Schichten bekannt war (RCA-Review, 1963, Bd. 14, 1973, Heft 4, S. 523 ff.), bei dem auch schon eine, auf dem Substrat befindliche Siliciumdioxidmaske verwendet wird. Bei diesem Verfahren wird zwar die Schicht aus Halbleitermaterial auch mit Hilfe einer dampfförmigen Halbleiterverbindung abgeschieden, jedoch wird dabei die Reduktion von Chlorid, wie z. B. der Tetrachloride von Silicium und Germanium durch Wasserstoff ausgenutzt. Der Wasserstoff greift dabei auch die Siliciumdioxidmaske an, so daß der epitaxiale Abscheidungsvorgang höchstens so lange durchgeführt werden kann, bis die Maske aufgelöst ist. Darüber hinaus geht die Abscheidung mit Hilfe der Reduktion von Tetrachloriden nur verhältnismäßig langsam vor sich. Man ist also auch bei diesem Verfahren in der Dicke der abgeschiedenen Schichten sehr begrenzt. Wenn die durch Abscheidung gebildeten Schichten gegen äußere Einflüsse geschützt werden sollen, dann muß auch bei diesem Verfahren in einem weiteren Verfahrensschritt eine Isolierschicht aufgebracht werden.Finally, it should be pointed out that, in addition, a method for producing semiconductor material by epitaxial deposition carried out with the aid of a vaporous semiconductor compound of layers was known (RCA Review, 1963, Vol. 14, 1973, Issue 4, p. 523 ff.), in which already one silicon dioxide mask located on the substrate is used. In this process, the layer from semiconductor material also deposited with the aid of a vaporous semiconductor compound, but is the reduction of chloride, such as. B. the tetrachlorides of silicon and germanium by hydrogen exploited. The hydrogen also attacks the silicon dioxide mask, so that the epitaxial deposition process can be carried out until the mask is dissolved. Beyond that goes the deposition with the help of the reduction of tetrachlorides is relatively slow. One is So even with this method, the thickness of the deposited layers is very limited. When through Deposition formed layers are to be protected against external influences, then must also with this Method, an insulating layer can be applied in a further method step.

Es sei schließlich noch erwähnt, daß Oxidmasken zur Abdeckung von Substraten seit langem bekannt sind (DT-AS 11 66 935 und US-PS 31 14 663).Finally, it should also be mentioned that oxide masks for covering substrates have been known for a long time (DT-AS 11 66 935 and US-PS 31 14 663).

Es ist jedoch in diesem Zusammenhang nicht erwähnt worden, wie eine epitaxiale Abscheidung durch solche Masken erfolgen kann.However, no mention has been made in this context of how an epitaxial deposition is carried out by such masks can be made.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein evakuierbarer Reaktionsraum vorgesehen, in dem ein Einkristallsubstrat eines geeigneten Halbleitermaterials, ζ. B. Silicium, angeordnet ist, auf dem eine mit ausgewählten Öffnungen versehene Siliciumdioxidmaske liegt. Das Substrat ist so angeordnet, daß seine Oberflächen im wesentlichen koplanar mit einer der Kristallflächen sind, die durch die Millerschen Indices angegeben sind. Das Material des Quellkörpers, das irgendeine Störstellenkonzentration enthalten kann, bildet mit dem Joddampf eine gasförmige Jodidverbindung und wird schnell zu den ausgewählten offenen Oberflächen des Substrats geführt, auf der es durch Zersetzung der gasförmigen Verbindung mit den ausgewählten Oberflächen des Substrats epitaxial niedergeschlagen wird. PN-Übergänge, die dadurch zwischen dem epitaxial niedergeschlagenen und dem darunterliegenden Material ausgebildet werden, werden an ihren Rändern durch das Material der Maske abgedeckt, die auf diese Art einen dauerhaften, passivierenden Schutz für die pn-Übergänge bildet.To carry out the method according to the invention, an evacuable reaction space is provided, in which a single crystal substrate of a suitable semiconductor material, ζ. B. silicon, is arranged on the a silicon dioxide mask provided with selected apertures lies. The substrate is arranged so that its surfaces are essentially coplanar with one of the crystal faces indicated by the Miller indices are specified. The material of the swelling body, which may contain any concentration of impurities, forms a gaseous iodide compound with the iodine vapor and quickly becomes the selected open ones Surfaces of the substrate guided on it by decomposition of the gaseous compound with the selected Surface of the substrate is deposited epitaxially. PN junctions that are thus between the epitaxially deposited and underlying material are formed on their Edges are covered by the material of the mask, which in this way provides permanent, passivating protection for the pn junctions.

Das Verfahren gemäß der Erfindung hat einen wei-The method according to the invention has a wide

ten Anwendungsbereich, der sich auf die verschiedensten Halbleiterstoffe, die bei der Herstellung verschiedener Arten von elektronischen Halbleiterbauelementen nützlich sind, erstreckt. Die Erfindung ist zwar hier an Hand von Silicium beschrieben, sie kann jedoch auch auf andere Halbleitermaterialien, wie Germanium oder halbleitende Verbindungen, wie Gallium-Arsenid übertragen werden, die in ähnlicher Weise in ausgewählten Mustern epitaxial gezüchtet werden können.th area of application, which relates to the most varied of semiconductor materials used in the manufacture of various Types of semiconductor electronic components are useful extends. The invention is here described on the basis of silicon, but it can also be applied to other semiconductor materials, such as germanium or semiconducting compounds, such as gallium arsenide, are transferred in a similar manner in selected Patterns can be grown epitaxially.

Die Theorie, die dem hier beschriebenen Verfahren zugrunde liegt, ist zwar noch nicht voll erfaßt, jedoch wird angenommen, daß einer der Punkte, die den Erfolg des Verfahrens ausmachen, die beschleunigte epitaxiale Wachstumsrate des hier beschriebenen Verfahrens ist, durch die die Zeit, während der das Material für die Maske chemisch angegriffen oder in ähnlicher Weise bei den verwendeten Temperaturen schädlich beeinflußt werden kann, auf ein Minimum herabgesetzt wird. Es können nach diesem Verfahren für die epitaxiale Schichtdicke ζ. Β. Wachstumsgeschwindigkeiten von 5 Mikron pro Minute erhalten werden und daher kann eine 0,005 mm dicke epitaxiale Schicht schon in etwa 10 Minuten heranwachsen. Weiterhin sind die hier verwendeten Temperaturen um einen wesentlichen Betrag, nämlich 100 bis 200⁰C, kleiner als bei anderen epitaxialen Zuchtverfahren, bei denen z.B. 1200 bis 1400⁰C bei der Reduktion von Siliciumtetrachlorid mittels Wasserstoffs verwendet werden. Bei tieferen Temperaturen wird eine übermäßige Kernbildung oder ein äußeres epitaxiales Wachsen auf der Maske sowie an anderen unerwünschten Stellen stark vermindert. Schließlich wird auch bei dem Verfahren gemäß der Erfindung die Anwesenheit von Wasserstoff vermieden, wodurch die Maske keiner korrodierenden chemischen Reduktion ausgesetzt ist, wie sie bei den verwendeten Temperaturen in der Gegenwart von Wasserstoff unterliegen würde. Daher bleibt während des gesamten Verfahrens die Eigenschaft der Maske, ausgewählte Flächen für die epitaxiale Züchtung zu begrenzen, bestehen, während die Beständigkeit der Maske einen wirksamen und dauerhaften, passivierenden Schutz für die darunterliegenden Zonen darstellt.The theory on which the method described here is based is not yet fully grasped, but it is believed that one of the factors that make the method successful is the accelerated epitaxial growth rate of the method described here, through which the time during which the material for the mask can be chemically attacked or adversely affected in a similar manner at the temperatures used, is reduced to a minimum. According to this method, the epitaxial layer thickness ζ. Β. Growth rates of 5 microns per minute can be obtained and therefore a 0.005 mm thick epitaxial layer can be grown in as little as 10 minutes. Furthermore, the temperatures used here are by a substantial amount, namely 100 to 200 ^° C., lower than in other epitaxial growth processes in which, for example, 1200 to 1400 ^° C. are used in the reduction of silicon tetrachloride by means of hydrogen. At lower temperatures, excessive nucleation or external epitaxial growth on the mask and other undesirable locations is greatly reduced. Finally, in the method according to the invention, too, the presence of hydrogen is avoided, as a result of which the mask is not subjected to any corrosive chemical reduction as it would be subject to in the presence of hydrogen at the temperatures used. Therefore, the property of the mask of delimiting selected areas for epitaxial growth is retained throughout the process, while the resistance of the mask represents an effective and permanent, passivating protection for the underlying zones.

Es hat sich weiterhin gezeigt, daß bei den Temperaturen, bei denen das Verfahren durchgeführt wird, die epitaxial niedergeschlagenen Atome eine bevorzugte Affinität zu den offenliegenden Gebieten des Substrats haben, während ihre Affinität zu der Oberfläche der Maske relativ gering ist. Daher ist die epitaxiale Abschaltung der gasförmigen Halbleiterverbindung nahezu vollständig auf die ausgewählte Fläche oder ausgewählten Flächen auf dem Substrat begrenzt, die offenliegen und durch eine Öffnung oder Öffnungen in der Maske begrenzt sind.It has also been shown that at the temperatures at which the process is carried out, the Atoms deposited epitaxially have a preferred affinity for the exposed areas of the substrate while their affinity for the surface of the mask is relatively low. Hence the epitaxial shutdown the gaseous semiconductor compound almost completely on the selected area or selected Bounded areas on the substrate that are exposed and through an opening or openings in the Mask are limited.

Das erfindungsgemäße Verfahren erhält einen noch weiteren Anwendungsbereich, wenn der Quellkörper entgegengesetzten Leitungstyp wie das Substrat aufweist. The method according to the invention has an even further area of application when the swelling body has the opposite conductivity type as the substrate.

Die nach der erfindungsgemäßen Lehre verwendete Siliciumdioxidmaske wird vorteilhafterweise dadurch hergestellt, daß ein Teil der Oberfläche des aus Silicium bestehenden Substrats oxidiert wird und daß dieser Teil zur Ausbildung der ausgewählten freien Teile mit Öffnungen versehen wird. Es ist zweckmäßig, wenn die Siliciumdioxidmaske eine Dicke von 5000 bis 20 000 Ä aufweist.The silicon dioxide mask used according to the teaching of the invention is advantageously thereby prepared that part of the surface of the substrate made of silicon is oxidized and that this part is provided with openings to form the selected free parts. It is useful if the Silicon dioxide mask has a thickness of 5,000 to 20,000 Å.

Gutgeschützte Halbleiterbauelemente gemäß der Erfindung sind dadurch gekennzeichnet, daß bei der Abscheidung eine Grenzfläche zwischen dem Halbleiterkörper und dem abgeschiedenen Halbleitermaterial entsteht, deren äußerer Rand unterhalb der Oxidmaske liegt und dauernd von dieser bedeckt ist.Well-protected semiconductor components according to the invention are characterized in that during the deposition an interface between the semiconductor body and the deposited semiconductor material arises, the outer edge of which lies below the oxide mask and is permanently covered by it.

Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nachstehend an Hand der Zeichnungen beispielshalber beschrieben.Embodiments of the method according to the invention are described below with reference to the drawings described by way of example.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein Gerät, das zur Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung geeignet ist;Fig. 1 shows a section through an apparatus suitable for carrying out the method according to the invention is;

F i g. 2A und 2B zeigen im Schnitt die Herstellung eines Substrats, das erfindungsgemäß verwendet wird;F i g. 2A and 2B show in section the manufacture of a substrate used in the present invention;

F i g. 3 zeigt im Schnitt einen Ausschnitt der F i g. 1; in denF i g. 3 shows a section of FIG. 1; in the

F i g. 4 bis 8 sind schließlich weitere Ausführungsbeispiele für Halbleiterbauelemente gemäß der Erfindung dargestellt.F i g. Finally, FIGS. 4 to 8 are further exemplary embodiments for semiconductor components according to the invention shown.

Nach der F i g. 1 ist durch ein Reaktionsgefäß 2, das aus einem geeigneten wärmeabsloßenden und nichtreagierenden Material, z. B. Quarz hergestellt ist, eine evakuierbare Kammer begrenzt.According to FIG. 1 is through a reaction vessel 2, which consists of a suitable heat-absorbing and non-reactive Material, e.g. B. quartz is made, a chamber that can be evacuated is limited.

Ein Rohr 4 verbindet über ein Ventil 8 das Reaktionsgefäß mit einer Vakuumpumpe 6. Eine Zuführleitung 10 für Joddampf führt vom Reaktionsgefäß 2 über ein Ventil 12 zu einer Kammer 14, die als Quelle für den Joddampf wirkt. Sie enthält Jodkristalle 16, die mittels einer geeigneten Heizvorrichtung sublimiert werden können, z. B. einem Heizband 18, das um die Kammer gewickelt ist und durch eine Steuervorrichtung 17 für die Temperatur mit Energie versorgt wird. Eine Quelle 19 für indifferentes Gas, ζ. B. Argon, das das Reaktionsgefäß reinigen soll, ist über ein Ventil 20 ebenfalls mit der Zuführleitung 10 verbunden. In dem Reaktionsgeäß befinden sich Halbleiterkörper 21, die durch eine Platte 22 aus nicht reagierendem Material, z. B. Quarz, getragen sind. Unterhalb der Platte 22 ist eine elektrische Widerstandsheizung 24 angeordnet, die die Temperatur innerhalb des Reaktionsgefäßes einstellt. Die Widerstandsheizung 24 und die Platte 22 sind von Wärmeabschirmungen 26 und 28 aus z. B. Tantalblech oder ähnlichem, umgeben, die geeignete Öffnungen 30 zum Durchströmen des Gases aufweisen.A pipe 4 connects the reaction vessel to a vacuum pump 6 via a valve 8. A feed line 10 for iodine vapor leads from the reaction vessel 2 via a valve 12 to a chamber 14, which serves as a source for the Iodine vapor works. It contains iodine crystals 16 which are sublimed by means of a suitable heating device can e.g. B. a heating tape 18, which is wrapped around the chamber and by a control device 17 for the temperature is supplied with energy. A source 19 for indifferent gas, ζ. B. argon, which is to clean the reaction vessel, is also provided via a valve 20 the supply line 10 connected. In the reaction vessel there are semiconductor bodies 21 which are supported by a plate 22 of non-reactive material, e.g. B. quartz, are worn. Below the plate 22 is an electrical Resistance heater 24 is arranged, which adjusts the temperature within the reaction vessel. The resistance heating 24 and the plate 22 are of heat shields 26 and 28 made of, for. B. tantalum sheet or similar, surrounded, which have suitable openings 30 for the gas to flow through.

In der F i g. 3 ist ein Halbleiterkörper 32 aus monokristallinem Material gezeigt, der als Substrat für das epitaxiale Wachsen gemäß der Erfindung dient. Das Substrat 32 kann aus einem homogenen, monokristallinen Körper aus Halbleitermaterial, ζ. Β. Silicium mit einem gleichförmigen, vorgewählten Gehalt an Verunreinigungen, oder auch aus einem monokristallinen Körper bestehen, der eine Anzahl von Schichten oder Zonen mit verschiedener Störstellendichte enthält, und der vorher ebenfalls durch epitaxiale Züchtung oder auch irgendwie anders hergestellt worden ist. Das Substrat 32 ist mindestens auf derjenigen Oberfläche, die als Ausgangsfläche für das epitaxiale Wachstum dienen soll, mit einer Maske versehen. Wie die F i g. 2A veranschaulicht, ist die ausgewählte Oberfläche auf dem Substrat mit einer kontinuierlichen Schicht 34 aus Siliciumdioxid, bedeckt. Dieses kann nach irgendeinem bekannten Verfahren, z. B. durch thermische Oxidation, erreicht werden, wobei die ausgewählte Oberfläche des Substrats bei Temperaturen von etwa 1100⁰C einem oxidierenden Mittel ausgesetzt und dabei in Siliciumdioxid umgewandelt wird, das vorzugsweise eine Dicke von 5000 bis 20 000 Ä hat. Ausgewählte Teile dieser Oxidschicht 34 werden dann, wie es die F i g. 2B zeigt, z. B. mittels des bekannten fotolithografischen Ätzverfahrens entfernt. Die entstehende, mit Öffnungen versehene Oxidschicht des Substrats bildet dann eine Mas-In FIG. 3 shows a semiconductor body 32 made of monocrystalline material which serves as a substrate for the epitaxial growth according to the invention. The substrate 32 can consist of a homogeneous, monocrystalline body made of semiconductor material, ζ. Β. Silicon with a uniform, preselected content of impurities, or consist of a monocrystalline body which contains a number of layers or zones with different density of impurities, and which has previously also been produced by epitaxial growth or in some other way. The substrate 32 is provided with a mask at least on that surface which is to serve as the starting surface for the epitaxial growth. As the F i g. 2A, the selected surface on the substrate is covered with a continuous layer 34 of silicon dioxide. This can be done by any known method, e.g. B. by thermal oxidation, the selected surface of the substrate ^{exposed to an oxidizing agent at temperatures of about 1100 0} C and thereby converted into silicon dioxide, which preferably has a thickness of 5000 to 20,000 Å. Selected parts of this oxide layer 34 are then, as shown in FIG. 2B shows e.g. B. removed by means of the known photolithographic etching process. The resulting oxide layer of the substrate, which is provided with openings, then forms a mass

ke 36, deren Öffnungen ausgewählte Teile 38 und 40 der Oberfläche des darunterliegenden Substrats 32 offen lassen, die scharfe, vorgewählte Begrenzungen haben. ke 36, the openings of which open selected portions 38 and 40 of the surface of the underlying substrate 32 let that have sharp, preselected limits.

Das mit der Maske bedeckte Substrat 32 wird derart auf die Platte 22 im Reaktionsgefäß 2 gelegt, daß die entblößten Flächen 38 und 40 nach oben gerichtet sind. Sodann wird ein Quellkörper 42 über dem Substrat angeordnet, so daß er diesem gegenüber liegt, wie es die F i g. 3 zeigt. Der Quellkörper 42 braucht nicht aus monokristallinem Material zu bestehen, doch enthält er diejenige Verunreinigungskonzentration, die auch die epitaxial auf dem Substrat niedergeschlagene Schicht enthalten soll. Der Abstand des Quellkörpers von dem Substrat ist 0,1 bis 2 mm. Er wird durch einen Abstandsring 50 aus Quarz oder einem anderen nichtreagierenden Material eingestellt, der die vorkommenden Temperaturen aushalten kann und auf dem der Quellkörper aufliegt. Der Abstandsring, der auf der Platte 22 ruht und dabei das Substrat 32 umgibt, kann an seinen Enden mit Kerben oder mit einer Anzahl anderer kleiner Öffnungen versehen sein, wie es bei 52 in der F i g. 3 gezeigt ist, damit eine genügende Menge Joddampf in den Raum zwischen dem Substrat und dem Quellkörper eindringen kann, dessen Turbulenz jedoch auf einem Minimum gehalten wird.The covered with the mask substrate 32 is placed on the plate 22 in the reaction vessel 2 that the exposed surfaces 38 and 40 are directed upwards. A swelling body 42 is then arranged over the substrate, so that it lies opposite this, as shown in FIG. 3 shows. The swelling body 42 does not need to be made of monocrystalline Material, but it contains the same concentration of impurities as the to contain epitaxially deposited layer on the substrate. The distance of the source body from that Substrate is 0.1 to 2 mm. It is supported by a spacer ring 50 made of quartz or some other non-reactive Material set that can withstand the occurring temperatures and on which the swelling body rests. The spacer ring, which rests on the plate 22 and thereby surrounds the substrate 32, can at its ends notched or a number of other small openings, as shown at 52 in FIG. 3 is shown so that a sufficient amount of iodine vapor in the space between the substrate and the swelling body can penetrate, but the turbulence is kept to a minimum.

Nach der Einführung von einem oder mehreren Elementen 21 aus Substrat und Quellkörper wird das Reaktionsgefäß von der Quelle 19 aus gereinigt und dann auf einen Druck von etwa 10"⁵Torr evakuiert. Danach wird die Widerstandsheizung angestellt und das Substrat auf eine Temperatur von etwa 1100⁰C (etwa 1050⁰C durch optisches Pyrometer) erhitzt. Die Temperatur des Quellkörpers wird auf einer Temperatur gehalten, die etwa 100⁰C unterhalb der Temperatur des Substrats liegt, was durch geeignetes Anlegen der Wärmeabschirmungen 28 erreicht werden kann.After the introduction of one or more elements 21 of substrate and swelling body, the reaction vessel is purified from the source 19 and then evacuated to a pressure of about 10 ^"5 Torr. After that, the resistance heater is turned on and the substrate to a temperature of about 1100 ⁰ heated C (about 1050 ⁰ C by optical pyrometer). the temperature of the source body is maintained at a temperature which is about 100 ⁰ C below the temperature of the substrate, which can be achieved by appropriately applying the heat shields 28th

Zum Beginn des epitaxialen Wachstums gemäß der Erfindung wird Joddampf in das Reaktionsgefäß 2 eingeleitet. Dabei sei angenommen, daß der Joddampf, der durch die Öffnungen im Abstandsring 50 in den Hohlraum zwischen dem Substrat 32 und dem Siliciumkörper 42 eintritt, mit der auf tieferer Temperatur befindlichen Oberfläche des Quellkörpers in Berührung gelangt, sich mit den Oberflächenmolekülen des Quellkörpers 42 verbindet, sich von dem Quellkörper trennt und dadurch ein gasförmiges Jodid bildet. Das entstandene Jodid diffundiert schnell auf diejenigen Teile 38 und 40 der Substratoberfläche 32, die durch die Öffnungen in der Maske 36 offen gelassen sind, worauf die höhere Temperatur des Substrats das Jodid zersetzt, das Halbleitermaterial aus dem Quellkörper 42 auf den offenen Stellen 38, 40 des Subtrats 32 abscheidet, wie es die F i g. 4 bei 56 zeigt, und das Jod freigibt, so daß es zum Quellkörper zurückkehren und sich von neuem an dem Transport von Halbleitermaterial vom Quellkörper aus beteiligen kann. Da die Oberfläche des Quellkörpers 42 dadurch gleichförmig abgetragen wird, wird dessen Störstellenkonzentration mit hoher Genauigkeit auf der epitaxial niedergeschlagenen Schicht 56 neu gebildet, und die auf ein Minimum herabgesetzte Turbulenz innerhalb des Hohlraums zwischen dem Quellkörper 42 und dem Substrat 32 läßt es zu, daß der epitaxiale Niederschlag mit hoher Gleichförmigkeit in bezug auf die Dicke und den spezifischen Widerstand auf den ausgewählten Flächen des Substrats aufgetragen wird.At the beginning of the epitaxial growth according to the invention, iodine vapor is introduced into the reaction vessel 2. It is assumed that the iodine vapor through the openings in the spacer ring 50 in the cavity occurs between the substrate 32 and the silicon body 42, with the one at a lower temperature The surface of the swelling body comes into contact with the surface molecules of the swelling body 42 connects, separates from the swelling body and thereby forms a gaseous iodide. The resulting Iodide diffuses rapidly onto those parts 38 and 40 of the substrate surface 32 which are passed through the openings in the mask 36 are left open, whereupon the higher temperature of the substrate decomposes the iodide, the semiconductor material from the swelling body 42 on the open areas 38, 40 of the substrate 32 is deposited, as is the case F i g. 4 shows at 56 and releases the iodine so that it can return to the source body and attach itself again to the Transport of semiconductor material from the source body can participate. Since the surface of the swelling body 42 is thereby removed uniformly, its impurity concentration is determined with high accuracy of the epitaxially deposited layer 56 is newly formed, and the turbulence reduced to a minimum within the cavity between the swelling body 42 and the substrate 32 allows the epitaxial Precipitation with high uniformity in thickness and resistivity on the selected one Areas of the substrate is applied.

Die Wachstumsraten des epitaxialen Niederschlages des Materials des Quellkörpers auf dem Substrat können außerordentlich hoch sein, und z. B. Werte von 2 bis 10 Mikron Dicke pro Minute erreichen. Der epitaxiale Niederschlag 56 bildet eine Fortsetzung des ursprünglichen Kristallgitters des Substrats, doch zeigt die F i g. 4, daß er nur auf denjenigen Stellen 38 und 40 erscheint, die durch die Öffnungen in der Maske offen geblieben sind. Wenn der epitaxiale Niederschlag dikker als die Maske wird, dann kann bei weiterem Abscheiden auch ein seitliches Wachsen des Niederschlagens auf den offenen Oberflächen auftreten, das sich, wie es bei 58 in der Fi g. 4 gezeigt ist, etwas über die Maske hinaus erstreckt. Die Ströstellenkonzentration des epitaxial niedergeschlagenen Materials ist direkt durch die Störstellenkonzentration des Quellkörpers bestimmt.The growth rates of the epitaxial deposition of the material of the swelling body on the substrate can be extremely high, and z. B. achieve values of 2 to 10 microns thickness per minute. The epitaxial Precipitate 56 forms a continuation of the original crystal lattice of the substrate, but shows the F i g. 4 that it only appears on those points 38 and 40 that are open through the openings in the mask stayed. If the epitaxial deposit becomes thicker than the mask, then with further deposition there is also a lateral growth of precipitation on the open surfaces, which, as at 58 in Fig. 4 extends slightly beyond the mask. The trouble spot concentration of the epitaxially deposited material is direct by the impurity concentration of the source body definitely.

Wenn die epitaxiale Schicht 56 einen entgegengesetzten Leitungstyp wie das Substrat 32 aufweist, dann entsteht an der Grenzfläche ein pn-Übergang 59, dessen Peripherie automatisch durch den angrenzenden Teil 60 der Maske 36 bedeckt ist. Da die Maske 36 während des epitaxialen Wachstumsprozesses keiner nennenswerten Korrosion oder anderen schädlichen Einflüssen unterworfen ist und als dauerhafter Schutz für das darunterliegende Halbleitermaterial auf den entsprechenden Stellen verbleibt, dient sie als dauerhafte passivierende Schicht für den Übergang 59.If the epitaxial layer 56 is of the opposite conductivity type as the substrate 32, then A pn junction 59 is created at the interface, the periphery of which is automatically replaced by the adjacent one Part 60 of the mask 36 is covered. Since the mask 36 does not have any during the epitaxial growth process is subject to significant corrosion or other harmful influences and as permanent protection if the underlying semiconductor material remains in the appropriate places, it serves as a permanent one passivating layer for junction 59.

Der Druck des Joddampfes, der dem Reaktionsgefäß zugeleitet wird, liegt zwischen 0,5 und 5 Torr, damit ein Rücktransport von Substratmaterial zum Quellkörper 42 vermieden wird, der durch einen zu hohen oder zu geringen Druck des Joddampfes gefördert wird. Außerdem soll dadurch vermieden werden, daß das Material vom Quellkörper mit einer Geschwindigkeit abgetragen wird, die für eine epitaxiale Abschneidung guter Qualität auf dem Substrat zu hoch ist.The pressure of the iodine vapor which is fed to the reaction vessel is between 0.5 and 5 Torr, thus a Back transport of substrate material to the swelling body 42 is avoided, which is caused by an excessively high or too high low pressure of iodine vapor is promoted. It should also be avoided that the material is removed from the swelling body at a speed that is good for epitaxial cutting Quality on the substrate is too high.

Wenn ein gewünschtes Maß des epitaxialen Wachstums erreicht ist, was durch die gewünschte Dicke der Zone 56 angezeigt wird, wird das Verfahren durch Abschalten der Widerstandsheizung 26, durch Schließen des Ventils 12 sowie durch Reinigen des Reaktionsgefäßes mit einem Reinigungsgas aus der Quelle 19 beendet. When a desired level of epitaxial growth is achieved, which is indicated by the desired thickness of the Zone 56 is displayed, the procedure is by switching off the resistance heater 26, by closing of the valve 12 and by cleaning the reaction vessel with a cleaning gas from the source 19.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist es, daß ein beliebiges Profil der Störstellenkonzentration als Funktion der Tiefe in der epitaxial gewachsenen Zone erhalten werden kann. Wenn man beispielsweise eine Anzahl von Quellenkörpern nacheinander während des Wachstumsprozesses gegenüber dem Substrat anordnet, dann können so auf dem Substrat eine Anzahl von epitaxialen Schichten nacheinander auf dem Substrat niedergeschlagen werden, die alle eine vorgewählte Störstellenkonzentration aufweisen. Daher können auch besonders steile Änderungen in der Störstellenkonzentration der gewachsenen Schichten oder zwischen dem Substrat und einer gewachsenen Schicht oder sehr steile pn-Übergänge vom p-Typ zum n-Typ erhalten werden, was im Gegensatz zu den stufenförmigen Änderungen der Störstellenkonzentration mit Tiefen, die für die bekannten Diffusionsmethoden typisch sind, steht. Andererseits kann auch ein Quellkörper mit einem vorgewählten Störstellenprofil verwendet werden, das dann auf der epitaxialen Schicht in gleicher Weise neugebildet wird.A particular advantage of the invention is that any profile of the impurity concentration as a function the depth in the epitaxially grown region can be obtained. For example, if you have a number arranges source bodies one after the other during the growth process opposite the substrate, a number of epitaxial layers can then be formed on the substrate one after the other on the substrate are precipitated, all of which have a preselected impurity concentration. Hence can also particularly steep changes in the impurity concentration of the grown layers or between the substrate and a grown layer or very steep pn junctions from p-type to n-type can be obtained, which is in contrast to the step-shaped changes in the impurity concentration with Depths that are typical for the known diffusion methods. On the other hand, a swelling body can also be used can be used with a preselected impurity profile, which is then applied to the epitaxial layer in the same Way is reformed.

Beispiel 1example 1

Das Bauelement nach der F i g. 5 kann wie folgt nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt wer-The component according to FIG. 5 can be produced as follows according to the method according to the invention

509549/279509549/279

den, wobei ein Gerät nach der F i g. 1 verwendet wird. Ein Substrat 61 aus monokristallinem Silicium (F i g. 5A) mit einem Durchmesser von etwa 2,5 cm und einer Dicke von 0,15 mm, das bis zu einem spezifischen Widerstand von 3 Ohm · cm mit Phosphor auf n-Leitfähigkeit gebracht und mit den Hauptflächen in der HI-Ebene (Millersche Indices) angeordnet ist, wird zur Bildung einer Maske 62 aus Siliciumdioxid von etwa 15 000 A Dicke thermisch oxidiert. Eine Reihe von etwa 2000 runden Öffnungen 64 von je etwa 0,12 mm Durchmesser werden derart in der Maske gebildet, daß sie einen Abstand von 0,5 mm von Mittelpunkt zu Mittelpunkt haben, indem ein bekanntes Verfahren, bestehend aus lichtelektrischer Bedeckung, Belichtung, Waschen und Ätzen, angewendet wird. Das Substrat 61 wird auf die Platte 22 im Reaktionsgefäß 2 gelegt, wie es die F i g. 1 und 3 zeigen. Gegenüber dem Substrat wird ein Siliciumkörper angeordnet, der einen Durchmesser von 2,5 cm eine Dicke von 0,25 cm und durch Bor eine p-Leitfähigkeit besitzt, die einem spezifischen Widerstand von 5 Ohm ■ cm entspricht. Das Reaktionsgefäß wird etwa 5 Minuten lang mit Argon gereinigt, auf einen Druck von 10-⁵Torr evakuiert und dann gegenüber der Vakuumpumpe 6 fest abgedichtet. Danach wird die Heizvorrichtung 26 angeschaltet und das Substrat auf eine Temperatur von 1050⁰C (optisches Pyrometer) erhitzt. Anschließend werden die Jodkristalle auf eine Temperatur von etwa 55°C gebracht und der Joddampf wird in das Reaktionsgefäß eingeleitet, bis der Druck des Joddampfes im Reaktionsgefäß 3 Torr beträgt. Hierauf findet die Übertragung von Silicium vom Quellkörper zum Substrat statt, und nach 15 Minuten wird der Transport durch Abschaltung der Widerstandsheizung 26, durch Schließen des Ventils 12 und durch Reinigung des Reaktionsgefäßes mit Argon beendet. Dabei bildet sich eine epitaxiale Schicht 68 von etwa 0,07 mm auf jeder ausgewählten Fläche, die durch die Maske offen geblieben war, auf dem Substrat aus, und jede epitaxiale Schicht 68 hat eine p-Leitfähigkeit entsprechend einem spezifischen Widerstand von etwa 5 Ohm · cm, so daß sich an der Grenzfläche zum Substrat ein pn-übergang 70 bildet. Jeder so entstandene pn-Übergang hat eine Peripherie oder eine äußere Begrenzung, die gemäß der F i g. 5B bei 72 unterhalb der Oxidmaske 62 endet und daher durch sie geschützt und gegenüber Kriechströmen, Oberflächenpotentialänderungen und anderen späteren chemischen oder elektrischen Veränderungen passiviert ist.the, wherein a device according to the F i g. 1 is used. A substrate 61 made of monocrystalline silicon (FIG. 5A) with a diameter of about 2.5 cm and a thickness of 0.15 mm, brought to n-conductivity with phosphorus up to a resistivity of 3 ohm · cm and is arranged with the main surfaces in the HI plane (Miller indices), is thermally oxidized to form a mask 62 of silicon dioxide about 15,000 Å thick. A series of about 2000 round openings 64, each about 0.12 mm in diameter, are formed in the mask in such a way that they have a distance of 0.5 mm from center to center by a known method consisting of photoelectric coverage, exposure, Washing and etching, is applied. The substrate 61 is placed on the plate 22 in the reaction vessel 2, as shown in FIG. 1 and 3 show. A silicon body is arranged opposite the substrate, which has a diameter of 2.5 cm, a thickness of 0.25 cm and, thanks to boron, has a p-conductivity which corresponds to a specific resistance of 5 ohm · cm. The reaction vessel is about 5 minutes, cleaned with argon for evacuated to a pressure of 10- ⁵ Torr, and then tightly sealed with respect to the vacuum pump. 6 The heating device 26 is then switched on and the substrate is ^{heated to a temperature of 1050 °} C. (optical pyrometer). The iodine crystals are then brought to a temperature of about 55 ° C. and the iodine vapor is introduced into the reaction vessel until the pressure of the iodine vapor in the reaction vessel is 3 Torr. The silicon is then transferred from the swelling body to the substrate, and after 15 minutes the transport is ended by switching off the resistance heating 26, closing the valve 12 and cleaning the reaction vessel with argon. An epitaxial layer 68 of about 0.07 mm is formed on each selected area that was left open by the mask on the substrate, and each epitaxial layer 68 has a p-conductivity corresponding to a specific resistance of about 5 ohms. cm, so that a pn junction 70 is formed at the interface with the substrate. Each pn junction that is produced in this way has a periphery or an outer boundary which, according to FIG. 5B ends at 72 below the oxide mask 62 and is therefore protected by it and passivated against leakage currents, surface potential changes and other later chemical or electrical changes.

Auf bekannte Art und Weise kann das Bauelement dann mit metallischen Kontakten 74 (F i g. 5C) auf jeder p-Zone versehen und auf bekannte Art in 2000 einzelne oder diskrete Halbleiterbauelemente zerlegt werden, die alle einen dauerhaften, durch Oxid passivierten pn-Übergang aufweisen.In a known manner, the component can then be provided with metallic contacts 74 (FIG. 5C) on each p-zone provided and broken down in a known manner into 2000 individual or discrete semiconductor components, all of which have a permanent pn junction passivated by oxide.

55 Beispiel 255 Example 2

Die F i g. 6 zeigt einen Transistor 80, dessen Basiszone 82 epitaxial auf einem Kollektorsubstrat 84 niedergeschlagen wurde, welches bei 85 mit einer Oxidmaske versehen ist, die auf das in Verbindung mit der F i g. 5 beschriebene Verfahren gebildet wurde. Jede Basiszone 82 ist mit einer Siliciumdioxidschicht 86 von etwa 15 000Ä Dicke bedeckt, in die eine öffnung 88 eingelassen ist, um einen ausgewählten Teil des Basissubstrats offen zu lassen, auf dem dann eine Emitterzone 90 epitaxial niedergeschlagen wird. Die Abscheidung der Emitterzone geschieht auf die gleiche Weise, wie es in Verbindung mit der F i g. 5 beschrieben ist, wobei lediglich der Quellkörper aus Silicium besteht, das bis zu einem spezifischen Widerstand von 0,01 Ohm · cm mit Phosphor gedopt ist. Die Niederschlagszeit beträgt eine Minute, so daß eine Emitterdicke von 5 Mikrons entsteht.The F i g. 6 shows a transistor 80 whose base region is epitaxially deposited on a collector substrate 84 82, which is provided at 85 with an oxide mask, the g to in connection with the F i. 5 described method was formed. Each base region 82 is covered with a silicon dioxide layer 86 approximately 15,000 Å thick which has an aperture 88 formed therein to expose a selected portion of the base substrate on which an emitter region 90 is then epitaxially deposited. The emitter zone is deposited in the same way as in connection with FIG. 5 is described, wherein only the swelling body consists of silicon doped with phosphorus up to a specific resistance of 0.01 ohm · cm. The precipitation time is one minute, so that an emitter thickness of 5 microns is created.

Es ist offenbar, daß zwei, drei oder jede beliebige Anzahl von epitaxial gewachsenen Schichten gemäß der F i g. 6 übereinander angelegt werden kann, wobei jede Schicht ihren eigenen Dotierungsgrad und ihre eigene Dotierungsart hat, die von dem zu ihr gehörenden Quellkörper bestimmt sind, während ihre spezielle Form von der jeweiligen Maske und ihre Dicke von der Wachstumsgeschwindigkeit und von der Wachstumszeit abhängt. Ein pn-Übergang 92 zwischen der Basis 82 und dem Kollektor 84 hat eine Peripherie 94, die unterhalb einer Oxidschicht 85 endet, so daß sie dauerhaft passiviert ist. In gleicher Weise ist ein pn-Übergang 96 zwischen der Basis 82 und dem Emitter 90 durch eine Oxidschicht 86 passiviert, da sie unterhalb dieser endet.It is evident that two, three or any number of epitaxially grown layers according to FIGS. 6 can be applied one on top of the other, with each layer having its own degree of doping and its own doping type, which are determined by the swelling body belonging to it, while its special shape depends on the respective mask and its thickness depends on the growth rate and on the growth time. A pn junction 92 between the base 82 and the collector 84 has a periphery 94 which ends below an oxide layer 85 so that it is permanently passivated. In the same way, a pn junction 96 between the base 82 and the emitter 90 is passivated by an oxide layer 86, since it ends below this.

Beispiel 3Example 3

Die F i g. 7 zeigt einen Transistor mit einer p-leitenden Basis 102, die epitaxial gemäß der Erfindung abgeschieden ist. Eine η-leitende Emitterzone 104 im oberen Teil der Basis 102 ist jedocht nicht epitaxial gemäß der Erfindung gewachsen, sondern mit Hilfe von Oxidmasken und einem der bekannten Diffusionsverfahren entstanden. Ein durch epitaxiale Abscheidung entstandener Kollektor-Basis-Übergang 106 ist mit einer Oxidmaske 108 bedeckt und durch sie passiviert, während ein Emitter-Basis-Übergang 110 durch eine Oxidschicht 112 bedeckt ist, die als Maske für das Emitterdiffusionsverfahren gebraucht wird.The F i g. 7 shows a transistor having a p-type base 102 epitaxially deposited in accordance with the invention. An η-conducting emitter zone 104 in the upper part of the base 102 , however, has not grown epitaxially according to the invention, but has arisen with the aid of oxide masks and one of the known diffusion processes. A collector-base junction 106 produced by epitaxial deposition is covered with an oxide mask 108 and passivated by it, while an emitter-base junction 110 is covered by an oxide layer 112, which is used as a mask for the emitter diffusion process.

Beispiel 4Example 4

In der F i g. 8 ist schließlich ein weiterer Transistor gezeigt, dessen Basiszone 120 durch eine der bekannten Diffusionsverfahren hergestellt ist, während sein Emitter 122 epitaxial durch eine Öffnung in einer Oxidschicht 124 gewachsen ist, die den Rest der Basiszone 120 bedeckt. Es ist offensichtlich, daß der Emitter-Basis-Übergang 126 mit einer Oxidmaske 124 bedeckt und von ihr passiviert ist, während der Kollektor-Basis-Übergang 128 von einer Oxidschicht 130 bedeckt und von dieser passiviert ist, die als Maske für das Diffusionsverfahren für die Basis dient.In FIG. Finally, FIG. 8 shows a further transistor, the base zone 120 of which is produced by one of the known diffusion processes, while its emitter 122 has grown epitaxially through an opening in an oxide layer 124 which covers the remainder of the base zone 120. It is apparent that the emitter-base junction 126 is covered with and passivated by an oxide mask 124 , while the collector-base junction 128 is covered and passivated by an oxide layer 130 which is used as a mask for the diffusion process for the Basis serves.

Aus der Beschreibung geht hervor, daß das Verfahren gemäß der Erfindung eine Anzahl von entscheidenden Vorteilen hat. Erstens verläuft der epitaxiale Wachstumsprozeß schnell, bei relativ geringen Temperaturen und unter Herabsetzung der Korrosion der Oxidmaske auf ein Minimum durch Vermeidung von Wasserstoff. Dadurch entstehen Flächenhalbleiterbauelemente, deren Übergänge und darunterliegende Zonen automatisch passiviert sind. Zweitens ist eine genaue Steuerung des Gradienten und des Profils der Störstellenkonzentration in den epitaxial wachsenden Zonen möglich, wodurch ein völlig neuer Anwendungsbereich bei der fabrikationsmäßigen Herstellung von Halbleiterbauelementen mit pn-Übergängen erzielt wird, die nicht den Beschränkungen unterliegen, die mit den bekannten Diffusionsverfahren einhergehen.From the description it appears that the method according to the invention has a number of decisive factors Has advantages. First, the epitaxial growth process is rapid, at relatively low temperatures and minimizing corrosion of the oxide mask by avoiding Hydrogen. This creates surface semiconductor components, their transitions and underlying zones are automatically passivated. Second is precise control of the gradient and profile of the Impurity concentration in the epitaxially growing zones possible, creating a completely new area of application achieved in the fabrication of semiconductor components with pn junctions which are not subject to the restrictions associated with the known diffusion processes.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. A method for producing semiconductor material by epitaxial deposition, carried out with the aid of a vaporous semiconductor compound, of a layer of semiconductor material from a source body onto selected parts of the surface of a semiconductor substrate in a halogen-containing atmosphere, the substrate being arranged at a short distance from the source body made of semiconductor material , characterized in that the selected free parts on the substrate (32) are delimited by openings (38, 40) in a silicon dioxide mask (36) located on the substrate (32), that the distance between the substrate and the swelling body (42) is 0 , Held 1 to 2 mm and the swelling body to about 1000 ⁰ C, the substrate is ^{heated to about 1,100 0} C, and that iodine vapor under a pressure of 0.5 to 5 mm Hg between the swelling body (42) and the substrate (32 ) is initiated (52).

2. The method according to claim 1, characterized in that that the swelling body (42) has the opposite conductivity type as the substrate (32).

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that part of the surface of the Silicon existing substrate is oxidized to form the silicon dioxide mask, which is used to form of the selected free parts is provided with openings.

4. The method according to claim 3, characterized in that the silicon dioxide mask has a thickness from 5000 to 20,000 Å.