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Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen durch einkristallines Aufwachsen von Schichten
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wünschte Bereiche der Oberfläche von Halbleitergrundkörpern vor, dass auf den Bereichen der Oberfläche der Halbleitergrundkörper, aufdieeine Abscheidung des Halbleitermaterials unerwünscht ist, eine Schicht eines vom Halbleitermaterial der Grundkörper und vom abzuscheidenden Halbleitermaterial unterschiedlichen Materials gebildet wird, dass hiebei entweder eine Maske oder eine Schablone verwendet und auf die Bereiche der Oberfläche der Halbleitergrundkörper, auf die die Abscheidung erwünscht ist, aufgelegt oder die Schicht zunächst auf der ganzen Oberfläche gebildet und dann an den Bereichen der Oberfläche, auf die die Abscheidung des Halbleitermaterials erwünscht ist, z.
B. mit Hilfe der Photolacktechnik, wieder entfernt wird und dass das Halbleitermaterial auf die freien Bereiche der Oberfläche der Halbleitergrund körper, insbesondere einkristallin, zum Aufwachsen gebracht wird.
Mit dem Verfahren gemäss der Erfindung hat man es in der Hand, die Abscheidung auf relativ einfache Weise nur auf erwünschte Teile der Oberfläche der Halbleitergrundkörper zu beschränken, wodurch sich vorteilhafte Möglichkeiten bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen ergeben. Man braucht z. B. einen Mesaberg nicht mehr durch Ätzen herzustellen, sondern man kann. ihn vor der Aufdampfung der Emitter- und Basiszonen aus der Gasphase aufwachsen lassen.
Gegenüber der bekannten Abdeckung mit Abdeckplatten erzielt man mit dem Verfahren gemäss der Erfindung den Vorteil, dass scharf abgegrenzte Aufwachsschichten erzeugt werden können, was beim bekannten Verfahren nicht möglich ist, weil dort die gasförmige Verbindung des abzuscheidenden Halbleitermaterials auch unter den Rand der Abdeckplatten dringt, so dass auch dort das Halbleitermaterial abge- schieden wird. Darüber hinaus werden beim erfindungsgemässen Verfahren unerwünschte Reaktionen bei der Abscheidung des Halbleitermaterials aus der Gasphase vermieden. Bei Untersuchungen, die schliesslich zur Erfindung geführt haben, wurde nämlich gefunden, dass im.
Zwischenraum zwischen der bedeckten Oberfläche des Halbleiterkörpers und der Abdeckplatte auf Grund eines Temperaturgefälles vom Halblei- terkörper zur Abdeckplatte chemische Transportreaktionen eingeleitet werden können, die im allgemeinen derart verlaufen, dass Halbleitermaterial an der heissen abgedeckten Fläche des Halbleitergrundkörpers abgetragen, in die Gasphase übergeführt und auf die kältere, dem Halbleitergrundkörper zugewendete Seite der Abdeckplatte wieder abgeschieden wird. Bei genügend langer Dauer der Abdeckung unter Aufrechterhaltung des Temperaturgefälles kann eine relativ dicke Schicht des Halbleiterkörpers abgetragen werden.
Besonders nachteilig wirkt sich diese Erscheinung aus, wenn der Halbleiterkörper einen parallel zur be- deckten Oberfläche verlaufenden Übergang zwischen unterschiedlichen Schichten oder Schichten mit unterschiedlichen Eigenschaftenbesitzt, da es möglich sein kann, dass eine ganze Schicht abgetragen wird.
Ein Zwischenraum zwischen dem Halbleiterkörper und der Abdeckplatte wird zwangsläufig immer gebildet, da die Oberfläche des Halbleiterkörpers, auch wenn sie poliert ist, und vor allem die Oberfläche der Abdeckplatte geringe Unebenheiten besitzt. Ein Abstand de ? Halbleiterkörpers zur Abdeckplatte von einigen Zehntel Millimeter oder geringer kann schon zu den erwähnten Reaktionen führen.
Beim Verfahren gemäss der Erfindung ist also die Abdeckung als Maske direkt auf die Oberfläche des Halbleitergrundkörpers aufgebracht. Zur Herstellung der Maske kann beispielsweise zuerst auf der ganzen Oberfläche des Halbleitergrundkörpers eine Oxydhaut gebildet werden, die dann anschliessend auf den Flächen, auf die die Abscheidung des Halbleitermaterials vorgesehen ist, z. B. durch chemische Mittel, wieder entfernt wird. Man kann sich hiebei der Photolacktechnik bedienen, die darin besteht, dass man auf die Oxydhaut eine lichtempfindliche Schicht aufbringt, die von dem anzuwendenden chemischen Mittel nicht gelöstwird. Die Schicht wird dann an bestimmten Flächenteilen belichtet und entwickelt.
Anschlie- ssend werden die unbelichteten Teile durch ein Lösungsmittel, das die belichteten Teile der Schicht nicht angreift, entfernt. Bei der Behandlung der Oxydhaut des Halbleitergrundkörpers mit dem chemischen Mittel werden dann die von den verbleibenden Teilen der lichtempfindlichen Schicht abgedeckten Teile der Oberfläche nicht angegriffen.
An Stelle in das Oxyd kann das Halbleitermaterial oberflächlich auch in eine andere Verbindung übergeführt werden, beispielsweise in Karbid.
Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung der Maske besteht darin, dass man auf die Teile der Oberfläche des Halbleitergrundkörpers, auf die eine Abscheidung de : Halbleitermaterials in einkristalliner Form unerwünscht ist, aus der Gasphase eine chemische Verbindung eines Halbleitermaterials, vorzugsweise des Halbleitermaterials des Grundkörpers, aufbringt, etwa aufdampft od. dgl.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht die Aufbringung der chemischen Verbindung durch thermische Zersetzung vor. Eine Siliziumkarbidmaske beispielsweise wird am vorteilhaftesten durch thermiche Zersetzung einer Organosiliziumverbindung, die Silizium und Kohlenstoff im Verhältnis 1 : 1 enthält, wie etwa Methyldichlorsilan CH SiHCl , hergestellt oder eines Gemisches einer Silizium-Chlorwasserstoff-Verbindung und eines Kohlenwasserstoffes mit einem Verhältnis Silizium zu Kohlenstoff wie 1 : 1, z. B.
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eines Gemisches von Silicochloroform SiHCl mit Methylenchlorid CH im Molverhältnis 1 : 1.
Statt einer Photolackschicht kann bei der Bildung dieser Masken auch selbst die Verwendung einer Mas- ke oder Schablone zweckmässig sein.
ManchmalkannaucheineMaske aus metallischen Stoffenwertvolle Dienste leisten. Voraussetzungist allerdings, dass die Metalle in reiner Form vorliegen, dass insbesondere bei Temperaturbehandlung keine Gase aus dem Metall austreten und dass sie keine Legierung mit dem Halbleitermaterial eingehen. Die Metalle können aufgespritzt, aufgedampft oder sonstwie aufgebracht werden.
Beim Verfahren gemäss der Erfindung wird also zunächst auf den Bereichen der Halbleitergrundkörper, auf die eine Abscheidung von Halbleitermaterial unerwünscht ist, eine Maskierung gebildet. Dann bringt man ein Halbleitermaterial auf die nicht von der Maske bedeckten Teile des Halbleitergrundkörpers einkristallin zum Aufwachsen, indem z. B. eine gasförmige Verbindung des Halbleitermaterials thermisch zersetzt und das durch die Zersetzung gebildete Halbleitermaterial abgeschieden wird.
Das Aufheizen des Halbleitergrundkörpers kann beispielsweise durch direkten Stromdurchgang erfolgen, insbesondere wenn der Halbleitergrundkörper Stabform besitzt, oder auch indirekt, indem der Körper auf einen Heizer aufgelegt wird, der z. B. aus Siliziumkarbid besteht oder aus mit Siliziumkarbid überzogenem Graphit und der durch direkten Stromdurchgang oder induktiv aufgeheizt wird. Die Abscheidung des Halbleitermaterials erfolgt in einkristalliner Form im wesentlichen nur auf die Flächen des Halbleitergrundkörpers, die von der Maske nicht bedeckt sind.
Das aufwachsende Halbleitermaterial kann dotiert sein, indem z. B. der gasförmigen Verbindung des Halbleitermaterials eine gasförmige Verbindung eines Dotierstoffes zugesetzt wird. Beispielsweise ist es möglich, dass die aufwachsende Schicht eine gegenüber dem Halbleitergrundkörper unterschiedliche Leitfähigkeit aufweist oder auch unterschiedlichen, z. B. den entgegengesetzten Leitungstyp, wobei ein Schichtenübergang, beispielsweise ein pn-Übergang, gebildet wird. Weist der Halbleitergrundkörper be-
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folge, die sich ohne grosse Schwierigkeiten zu Transistoren usw. verarbeiten lassen. Natürlich kann auch ein Halbleitergrundkörper mit mehreren parallel zur Aufwachsfläche liegenden pn-oder andern Übergängen, z.
B. einem oder mehreren Hetero-Übergängen, verwendet werden.
Besonders vorteilhaft gestaltet sich das Verfahren gemäss der Erfindung, wenn die Maske mehrere, vorzugsweise in Form und Grösse gleiche Öffnungen aufweist, denn auf diese Weise können in einem Ar- beitsgang viele Halbleiteranordnungen hergestellt werden, wenn der Halbleitergrundkörper nach dem Aufwachsen einer oder mehrerer Schichten, insbesondere nach Bildung eines oder mehrerer pn-Übergänge, an den während des Aufwachsens von der Maske bedeckten Teilen der Oberfläche senkrecht oder nahezu senkrecht zur Aufwachsfläche zerteilt, z. B. durch eine Diamantsäge zerschnitten wird.
Zur Herstellung des Mesaberges bei Mesatransistoren ist beispielsweise eine Maske günstig, die den Rand der Halbleitergrundkörper bedeckt.
Eine besonders günstige Ausführungsform des Verfahrens gemäss der Erfindung wird an Hand der Fig. 1 näher erläutert. Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Halbleiterkörper 1, der auf einem Heizer 2 aufliegt. Er besitzt parallel zu der von der Maske'3 bedeckten Oberfläche einen mit 5 bezeichneten pn-Übergang. Die Maske auf dem Halbleitergrundkörper weist mehrere, in Form und Grösse insbesondere gleiche Löcher auf, von denen in der Figur drei dargestellt sind, die mit 4 bezeichnet sind.
Durch den Heizer 2 wird der Halbleitergrundkörper aufgeheizt, dann wird eine gasförmige Verbindung des Halbleitermaterials, insbesondere im Gemisch mit Wasserstoff, in das Reaktionsgefäss eingeleitet, thermischzersetztund das Halbleitermaterial auf die von der Schablone nicht bedeckten Teile der Oberfläche des Halbleitergrundkörpers, insbesondere in einkristalliner Form, abgeschieden. Durch Zugabe von Dotierungsstoffen wird das aufwachsende Halbleitermaterial so dotiert, dass sein Leitungstyp dem der beschichteten Zone des Halbleitergrundkörpers entgegengesetzt ist. Im Beispiel weist das aufgewachsene Halbleitermaterial p-Leitung auf.
In Fig. 2 ist die Anordnung nach erfolgter Abscheidung dargestellt. Die aufgewachsene Schicht ist mit 6 bezeichnet ; sie bildet mit dem Halbleitergrundkörper den durch 7,8 und 9 bezeichneten pn-Übergang. Durch Zerteilen des Halbleiterkörpers an den während des Aufwachsens von der Maske bedeckten Teilen der Oberfläche des Halbleitergrundkörpers können mehrere Halbleiteranordnungen hergestellt werden, die wegen der gleichen Ausgangsstoffe und Herstellungsbedingungen auch gleiche elektrische Eigenschaften aufweisen.