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Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung durch pyrolytisches, insbesondere einkristalline Abscheiden von Halbleiterschichten aus der Gasphase auf einem, insbesondere einkristallinen Träger, der mit einer erhitzten aus dem abzuscheidenden Stoff bestehenden Unterlage in Wärmekontakt steht.
Dieses als epitaxiale Beschichtung bezeichnete Verfahren dient zur Herstellung von Halbleiteranordnungen, die eine Schichtenfolge unterschiedlicher Leitfähigkeit und/oder unterschiedlichen Leitungstyps aufweisen. Bei diesem Verfahren wird die die Halbleiterscheiben tragende Unterlage so hoch erhitzt, dass sich die der Unterlage abgewendete Oberfläche der Halbleiterscheiben auf einer Temperatur befindet, die eine thermische Zersetzung der in'das Reaktionsgefäss eingeleiteten gasförmigen Halogenverbindungen des Halbleiterstoffes und ein einkristallines Aufwachsen des Halbleiterstoffes auf der freien, also von der Unterlage abgewendeten Oberfläche der Halbleiterscheibe bewirkt.
Demgegenüber wird gemäss der Erfindung ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem eine Unterlage aus einem Pulver eines binären Halbleiterstoffes verwendet und die dem Träger zugewendete Seite der Unterlage der Einwirkung einer Gasatmosphäre ausgesetzt wird, die einen Stoff enthält, der in an sich bekannter Weise durch Transportreaktion die Komponenten des Halbleiterstoffes der Unterlage in die Gasphase zu überführen und den Halbleiterstoff auf der der Unterlage zugewendeten Seite des Trägers in kompakter Form, insbesondere epitaxial abzuscheiden vermag.
Die Abscheidung des Halbleiterstoffes erfolgt also bei diesem Verfahren auf der der Unterlage zugewendeten Seite des Halbleiterkörpers infolge einer chemischen Transportreaktion. Die Reaktionszone ist der Gasraum zwischen Unterlage und Halbleiterkörper.
Gemäss einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird der zur Ausbildung einer Transportreaktion notwendige Temperatursprung durch den Wärmeübergang von der direkt oder indirekt geheizten Unterlage zu dem daraufliegenden, insbesondere scheibenförmigen, als Träger dienenden Halbleiterkörper erzeugt.
Wird z. B. die dem Halbleiterkörper zugewendete Seite einer aus Galliumarsenid bestehenden Unterlage der Einwirkung von Joddampf ausgesetzt, so erfolgt der Transport des Galliumarsenids von der Unterlage zum Halbleiterkörper nach der Gleichung
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Der Erfindung zugrundeliegende Untersuchungen haben gezeigt, dass mittels einer Transportreaktion, die in dem Raum zwischen Unterlage und Unterseite des Trägers stattfindet, auf der Unterseite des Trägers grossflächige einkristalline Schichten auch von solchen Stoffen erzeugt werden können, die bisher nur in Formvon Pullter oder regellosen Kristallaggregaten hergestellt werden konnten, wenn man eine Unter-
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lage aus einem solchen Pulver verwendet und der Stoff in einer Transportreaktion auf die Unterseite eines Trägers transportiert wird,
dessen Gitterbausteine praktisch denselben Abstand aufweisen, den die Atome in dem zu transportierenden Stoff haben. Die auf diese Weise erzeugten einkristallinen Schichten können dann als Träger für eine weitere Abscheidung dienen, z. B. auch mittels einer Transportreaktion weiter auf der der Unterlage zugewendeten Seite beschichtet werden.
Auf diese Weise lassen sich grössere einkristalline Körper mit planparalleler Begrenzung herstellen.
Zum Beispiel kann auf diese Weise ZnS auf Si, ZnS auf GaP, GaP auf Si und A1N auf SiC abgeschieden werden.
Es hat sich gezeigt, dass ein orientiertes Aufwachsen auch dann noch möglich ist, wenn der Träger einer andern Symmetrieklasse angehört. So kann z. B. die Epitaxie auf Silikaten, Halogeniden, Oxyden und Karbiden durchgeführt werden, wenn auf bestimmten Spaltflächen abgeschieden wird.
Gemäss einer besonders günstigen Ausführungsform wird vorgeschlagen, eine Unterlage aus, in Tablettenform gepresstem Pulver zu verwenden. Gegebenenfalls wird das Kristallpulver unter Zuhilfenahme eines leicht und rückstandlos abdampfbaren Bindemittels verpresst.
Als Bindemittel sind z. B. Campher, Polyvinylalkohol und Polyvinylacetat geeignet. Vor der Verwendung der Presstabletten zur Epitaxie wird das Bindemittel durch Vorheizen wieder entfernt.
Die Anwendung von Presstabletten ist besonders bei der Herstellung von insbesondere einkristallinen Schichten aus binären Halbleiterstoffen, wie beispielsweise AnrBV-oder ArjBtrT-Verbindungen bzw. von SiC vorteilhaft. Die Herstellung homogener von Wachstumsstörungen freien Schichten aus den genannten Halbleiterverbindungen war nach dem bisher bekannten Verfahren mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden bzw nahezu unmöglich. Demgegenüber gelingt durch die Verwendung von pulverförmigen bzw. in Form von Presstabletten vorliegendem Halbleitermaterial die Herstellung einwandfreier Schichten ohne Schwierigkeiten. Ausserdem ist die Herstellung des Kristallpulvers und der Presstabletten aus diesem Kristallpulver wesentlich weniger aufwendig als die Herstellung polykristalliner Plättchen für die Unterlage.
Nähere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnung erläutert.
In Fig. 1 ist der Heizer 3 dargestellt, der z. B. aus einem karbidisierten, durch direkten Strom-
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wird. Dieses System wird nun in einer entsprechenden Gasatmosphäre so hoch erhitzt, dass im Zwischenraum 4 ein Stofftransport von der Unterlage zum Halbleiterkörper erfolgt. Es ist günstig, beim Verfahren gemäss der Erfindung einen Halbleiterkörper zu verwenden, der wenigstens auf seiner, der Unterlage zugewendeten Seite planpoliert ist.
Bei der in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist das Kristallpulver zu einer Tablette verpresst die etwa die gleiche Grösse wie der Halbleiterkörper 1 aufweist.
In Fig. 3 ist ein System dargestellt, bei dem die Presstablette aus zwei Schichten 5 und 6 unter schiedlicher Leitfähigkeit und/oder unterschiedlichen Leitungstyps besteht. Durch Wahl der entsprechen
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Dotierungsstoff quantitativ übertragen und auf diese Weise einkristalline Galliumarsenidschichten, die ge gebenenfalls auch pn-Übergänge enthalten können, auf der Unterseite des Halbleiterkörpers 1, de z. B. aus Galliumarsenid oder Germanium besteht, zum Aufwachsen gebracht.
Um bei Galliumarsenid eine quantitative Übertragung des Dotierungsstoffes zu erhalten, muss in ei ner wasserstoff- bzw. halogenwasserstofffreien Atmosphäre, die z. B. Joddampf mit Argon verdünnt ent hält, gearbeitet werden. Der Stofftransport verläuft dabei entsprechend der Gleichung (1). Der Halblei terkörper kann dabei beispielsweise aus Galliumarsenid mit gleicher oder von der der Unterlage verschie dener Dotierung oder aus Germanium bestehen.
Um eine Abtragung der freien Oberfläche des Halbleiterkörpers zu verhindern, wird diese zweckmässi mit einer Platte aus einem inerten Material, wie z. B. Siliziumkarbid, Quarz oder Aluminiumoxyd (Sa phir) abgedeckt oder die freie Oberfläche wird mit einem gasdichten Überzug aus dem Karbid oder Oxy des Halbleiters überzogen.
Durch Verpressen von Kristallpulver verschiedener Dotierung lassen sich Presstabletten mit definite tem Muster erzeugen.
In Fig. 4 ist z. B. eine Presstablette in der Aufsicht und in Fig. 5 im Schnitt dargestellt. Der mit
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bezeichnete Teil der Presstablette besteht aus p-dotiertem Kristallpulver, während die Teile 8 und 9 aus n-dotiertem Kristallpulver bestehen. Zur Herstellung dieser Presstabletten werden entsprechende Formen verwendet.
Es lassen sich auf diese Weise beliebige Muster erzeugen, wobei, wie in Fig. 5 dargestellt, die entgegengesetzt dotierten Bereiche 8 und 9 durch die ganze Presstablette gehen können oder auch nur einen Teil der Dicke der Tablette aus entgegengesetzt dotiertem Kristallpulver bestehen kann. Da diese in der Presstablette erzeugten Muster in dieser Form epitaktisch auf die Unterseite des Halbleiterkörpers übertragen werden, ist dieses Verfahren auch besonders zur Herstellung von Festkörperschaltkreisen geeignet, bei dem die aktiven und passiven Elemente einer Schaltung in einer Halbleiterscheibe vereinigt sind und durch entsprechend dotierte Bereiche gebildet werden.
Je nach Wahl des Transportmittels können auch hochreine, insbesondere einkristalline Schichten aus dem Kristallpulver hergestellt werden, da bei entsprechend gewählter Zusammensetzung des Transportgases die Verunreinigungen schlecht eingebaut bzw. übertragen werden, so dass die auf der Unterseite des z. B. aus Galliumarsenid bestehenden Halbleiterkörpers aufwachsende, insbesondere einkristalline Schicht eine hohe Reinheit aufweist.
Nach dem Verfahren gemäss der Erfindung kann z. B. Zinksulfid auf Galliumphosphid in einkristalliner Form niedergeschlagen werden, indem man eine Presstablette aus Zinksulfid als Unterlage verwendet und auf diese eine einkristalline Scheibe aus Galliumphosphid auflegt. Wird die Unterlage in einer,
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TemperaturZinksulfid epitaxial auf Germaniumphosphid zum Aufwachsen gebracht.
Im Jodsystem kann z. B. auch Zinksulfid auf Silizium oder Galliumphosphid auf Silizium auf einfa - che Weise einkristallin zum Aufwachsen gebracht werden, indem man als Unterlage Presstabletten als Zinksulfid-bzw. Galliumphosphidkristallpulver verwendet.
Die Verwendung von pulverförmigen Substanzen hat zudem den Vorteil, dass sich durch Zusammenmischen bestimmter Standarddotierungen Presstabletten mit beliebigem Gehalt an Dotierungsstoff herstellen lassen.
Der als Träger dienende Halbleiterkörper kann nach Durchführung der Transportreaktion auch, insbesondere durch Abschleifen, entfernt und auf diese Weise die einkristallinen bzw. kompakten Schichten als solche hergestellt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung durch pyrolytisches, insbesondere einkristallines Abscheiden von Halbleiterschichten aus der Gasphase auf einem, insbesondere einkristallinen Träger, der mit einer erhitzten aus dem abzuscheidenden Stoff bestehenden Unterlage in Wärmekontakt steht, dadurch gekennzeichnet, dass eine Unterlage aus einem Pulver eines binären Halbleiterstoffes verwendet und die dem Träger zugewendete Seite der Unterlage einer Gasatmosphäre ausgesetzt wird, die einen Stoff enthält, der in an sich bekannter Weise durch Transportreaktion die Komponenten des Halbleiterstoffes der Unterlage in die Gasphase zu überführen und den Halbleiterstoff auf der der Unterlage zugewendeten Seite des Trägers in kompakter Form, insbesondere epitaxial abzuscheiden vermag (s.
Gleichung (1) und (2)).