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Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung durch thermische Zer- setzung einer gasförmigen Verbindung eines Halbleiterstoffes und Abscheiden des Halbleiterstoffes in ein- kristalliner Form auf einer aus demselben Halbleiterstoff bestehenden einkristallinenUnterlage inaufein- anderfolgenden Schichten verschiedener Leitfähigkeit und/oder entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps.
Es ist bereits ein Verfahren zum Erzeugen von Halbleiterschichten auf einem Halbleiterkörper be- kannt, bei dem über die in einer Kammer angebrachten Halbleiterkörper ein Halogenid des Halbleiter- stoffes in Gasform geleitet wird, wobei die Kammer nebst Inhalt derart erhitzt wird, dass eine thermische
Zersetzung des Halogenids stattfindet. Zum Erzeugen einer einkristallinen Schicht mit vorbestimmtem
Leitungstyp enthält dabei das Halogenid eine Verunreinigung, welche den Leitungstyp und die Leitfä- higkeit der Schicht bestimmt. Mit diesem Verfahren können aufeinanderfolgende Schichten verschiedener Leitfähigkeit und/oder von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp hergestellt werden. Durch Steuerung des Anteils der zugeführten Verunreinigungen kann die Leitfähigkeit der abgelagerten Schichten beeinflusst werden.
Weiter wurde bereits zum Abscheiden von einkristallinen Halbleiterschichten aus der Gasphase auf einer einkristallinen Unterlage vorgeschlagen, diese Unterlage zum Zweck ihrer Aufheizung auf die Abscheidetemperatur auf einem silizierten und von Strom durchflossenen Metallband, z. B. einem Molybdänband oder auf einem silizierten Brett aus hochreiner Kohle aufzulegen. Bei der Verwendung solcher zur Aufheizung der Halbleiterunterlage dienenden Metallbänder bzw. Kohlebretter ist es kaum zu vermeiden, dass beim Abscheiden der Halbleiterschichten stark dotierende Verunreinigungen, die aus den Metallbän dem bzw. den Kohle brettern abdampfen, eingebaut werden, welche die einkristalline abgeschiedene Halbleiterschicht niederohmig machen.
Auch bei dem in der deutschen Auslegeschrift Nr. 1029941 beschriebenen Verfahren zur Erzeugung von einkristallinen Halbleiterschichten aus der Gas- oder Dampfphase auf einer einkristallinen Unterlage aus dem gleichen Material ist die Herstellung sehr hochohmiger Schichten, vor allem bei hohen Abscheidetemperaturen, wegen der Gefahr desAusdampfens von Verunreinigungen aus dem die Unterlage tragenden Körper schwierig.
Ein weiteres Problem, das durch die vorliegende Erfindung gelöst werden soll, ist die gleichmässige Aufheizung der Unterlage auf die Zersetzungstemperatur des Gasgemisches. Es ist sowohl für die Gewährleistung eines einkristallinen Wachstums der abgeschiedenen Schichten, als auch für die Herstellung von aufeinanderfolgenden Schichten, die eine definierte über ihre ganze Ausdehnung gleichmässige Schichtdicke und einen definierten spezifischen Widerstand aufweisen, von wesentlicher Bedeutung, dass die ganze Oberfläche der Unterlage, auf der die Abscheidung erfolgt, die gleiche Temperatur aufweist.
Um die Verunreinigung der niedergeschlagenen Schichten zu verhindern und gleichzeitig eine gleichmässige Aufheizung der als Unterlage dienenden Halbleiterscheiben zu gewährleisten, wird erfindungsgemäss ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem mehrere als Unterlage für die Abscheidung dienende einkri- stalline Halbleiterscheiben auf einen, aus hochreinemHalbleitermaterial bestehenden, plangeschliffenen, insbesondere stabförmigen Träger aufgelegt und durch Aufheizen dieses Trägers auf die zur thermischen Zersetzung der gasförmigen Verbindung des Halbleiterstoffes notwendige Temperatur gebracht werden.
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Der Träger wird dabei induktiv oder durch direkten Stromdurchgang auf die zur Zersetzung notwen- dige Temperatur erhitzt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden einkristalline Siliziumschichten aus einer gasförmigen Siliziumverbindung auf einer aus einkristallinem Silizium bestehenden Unterlage, die durch
Aufheizen eines aus Silizium bestehenden Trägers auf die Zersetzungstemperatur erhitzt wird, abgeschie- den.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist aber auch z. B. zum Herstellen von Halbleiterschichten aus Ger- manium geeignet.
Besonders vorteilhaft kann das Verfahren bei der Herstellung von. intrinsisch-leitenden Halbleiter- schichten angewendet werden.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen an Hand der Zeichnung näher erläutert werden.
Bei dem in Fig. l dargestellten Ausführungsbeispiel wird als Träger ein durch Zonenziehenhochgerei- nigter, wenigstens eine plane Fläche aufweisender Siliziumstab 1 verwendet, auf den die Siliziumschei- ben 2-7 aufgebracht werden. Als Träger kann auch ein aus einem hochreinen Siliziumstab herausge- sägtes Brett oder eine Hälfte eines der Länge nach durchgesägtenSiliziumstabes verwendet werden. Der Si- liziumträger ist an seinen Enden mit zwei Elektroden 8 und 9 versehen, die an der Betriebsspannungs- quelle 11 liegen. Dabei reicht wegen des hohen Reinheitsgrades des Trägers die normale Netzspannung nicht aus, um den Träger von Zimmertemperatur auf die Zersetzungstemperatur zu erhitzen.
Daher wer- den zu Beginn des Verfahrens die beiden Enden des Trägers mittels zweier Schalter 13 und 14 an eine
Hochspannungsquelle 10 angeschlossen. Mit zunehmender Erwärmung nimmt die Leitfähigkeit aes Halb- leitermaterials zu und es kann die Umschaltung auf die normale Netzwechselspannung erfolgen. Der Strom und damit die Temperatur T des Trägers kann mit der Spule 12 induktiv, d. h. leistungslos geregelt wer- den. Zur Vermeidung von Verunreinigungen aus den Elektroden werden diese vorteilhafterweise mit Sili- zium überzogen. Der Träger ist in ein z. B. aus Quarz bestehendes Reaktionsgefäss 15 eingeschlossen.
Durch die Gaszuführung 16 wird das Reaktionsgasgemisch, das z. B. aus Silikochloroform, Wasserstoff und gegebenenfalls einer gasförmigen Verbindung des Dotierungsstoffes besteht, eingeleitet und durch die erhitzten Siliziumscheibchen zersetzt. Durch Steuerung des Anteils der Verunreinigungen wird die Leitfä- higkeit der abgeschiedenen Schichten beeinflusst. Durch das Rohr 17 strömen die Restgase ab.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Träger 1 z. B. ebenfalls aus Silizium und wird durch die Spule 18 induktiv auf die Zersetzungstemperatur erhitzt. Das hat den Vorteil, dass im Reaktionsraum keine weiteren Metallteile, wie z. B. die Stromzuführungen enthalten sind, aus denen wäh- rend des Verfahrens Verunreinigungen abdampfen können. Der Träger ist wieder in ein aus Quarz beste- hendesReaktionsgefäss19 eingeschlossen. Das Reaktionsgasgemisch wird in der durch die Pfeile 20 und 21 gegebenen Richtung über die auf die Zersetzungstemperatur aufgeheizten Halbleiterscheibchen geleitet.
Das Verfahren eignet sich besonders zum Herstellen einer Halbleiteranordnung, die zum Erzielen eines hohen Flussstromes verbunden mit einer hohen Sperrspannung zwischen zwei niederohmigen Schich - tenverschiedenen Leitungstyps eine hochohmige, insbesondere intrinsisch-leitende dünne Schicht aufweist.
Im folgenden sei kurz die Herstellung einer Diode beschrieben, bei der zwischen einer sehr niederohmigen p-Schicht, die z. B. einen spezifischen Widerstand von 0, 02sol. cm aufweist und als Unterlage dient, und einer weiteren zur Abscheidung gelangenden niederohmigen n-Schicht, die z. B. einen spezifischen Widerstand von Iss. cm aufweist und zum Erzeugen hoher Flussströmung notwendig ist, eine hochohmige, z. B. einen spezifischen Widerstand von 500 H. cm aufweisenden dünne n-Schicht abgeschieden wird. Dazu wird die einkristalline, z. B. aus Silizium bestehende niederohmige und p-leitende Unterlage auf einem, z.
B. induktiv geheizten, in einem aus Quarz bestehenden Reaktionsgefäss befindlichen Siliziumstab von hoher Reinheit aufgebracht und auf die für die einkristalline Siliziumabscheidung notwendige Zersetzungstemperatur erhitzt, so dass sich aus der Gasphase Silizium in einkristalliner Form abscheidet.
Zum Herstellen der niederohmigen n-Schicht auf der hochohmigen, insbesondere intrinsisch-leitentenden Schicht wird während eines Teiles der Siliziumabscheidung mit einem dotierenden Stoff, z. B. Phosphor aus der Gasphase dotiert. Der induktiv geheizte Siliziumstab hat zur Aufnahme der einkristallnen Siliziumunterlagen eine angeschliffene plane Fläche. Das aus Quarz bestehende Reaktionsgefäss sowie die Induktionsspule können der Form des Siliziumstabes angepasst sein.
Die Erfindung kann mit Vorteil Verwendung finden zur Herstellung von Dioden, Leistungsgleichrichtern, Solarelementen zur Herstellung von Transistoren für grosse und kleine Leistungen. sowie für verschiedene Frequenzbereiche, zur Herstellung variabler Kapazitäten (Varycaps) und ähnlicher Halbleiterbauelemente.