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Verfahren zum epitaktischen Abscheiden von einkristallinem
Halbleitermaterial
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einkristalliner Aufwachsschichten, gegebenenfalls unterschiedlicher Leitfähigkeit und/oder unterschiedlichen Leitungstyps, auf einkristallinen Grundkörpern, vorzugsweise auf Scheiben, aus Halbleitermaterial durch thermische Zersetzung einer gasförmigen Verbindung eines Halbleitermaterials, die meist im Gemisch mit einem Trägergas zur Anwendung gelangt, und Abscheiden des Halbleitermaterials auf einen Grundkörper beziehungsweise auf mehrere Grundkörper gleichzeitig.
Zur Herstellung einkristalliner, epitaktischer Aufwachsschichten aus Halbleitermaterial sind bereits mehrere Verfahren bekannt.
Bei einem bekannten Verfahren zur Herstellung einer einkristallinen Germaniumschicht auf einem Germaniumgrundkörper wird beispielsweise über den in einer Kammer angebrachten, einkristallinen Grundkörper ein gasförmiges Germaniumhalogenid, insbesondere im Gemisch mit Wasserstoff, geleitet und die Kammer nebst Inhalt derart erhitzt, dass sich das Halogenid thermisch zersetzt. Die Wandung der Kammer besteht beispielsweise aus Quarz. Zur Erzeugung einer einkristallinen Schicht mit bestimmter Leitfähigkeit wird dem Germaniumhalogenid ein Dotierungsstoff zugegeben, der den Leitungstyp der Schicht bestimmt.
Das bekannte Verfahren kann auch zur Erzeugung aufeinanderfolgender Schichten unterschiedlicher Leitfähigkeit und/oder unterschiedlichen Leitungstyps angewendet werden. Durch Steuerung des Anteils des zugeführten Dotierungsstoffes kann ausserdem die Leitfähigkeit der abgeschiedenen Schicht oder der abgeschiedenen Schichten beeinflusst und/oder können Rekombinationszentren oder Haftstellen im Kristall erzeugt werden. Es lässt sich beispielsweise auch eine Leitfähigkeitsabstufung in Richtung auf den Schichtenübergang hin oder von diesem weg herstellen.
Bei der Durchführung dieses sowie auch einer Reihe weiterer bekannter Verfahren wird festgestellt, dass bei der gleichzeitigen Abscheidung des Halbleitermaterials auf eine grössere Anzahl von Grundkörpern das Halbleitermaterial auf die einzelnen Grundkörper in unterschiedlicher Dicke abgeschieden wird ; nicht selten werden Dickenunterschiede bis zu 251o beobachtet. Oft erfolgt die Abscheidung auch auf jeden einzelnen Halbleiterkörper selbst ungleichmässig, so dass die Schichten nicht eben oder planparallel zur Aufwachsfläche sind. Für die Weiterverarbeitung zu Halbleiterbauelementen müssen die Schichten meist erst plangeschliffen oder durch chemische Mittel plangeätzt werden.
Bei dieser zusätzlichen Behandlung lässt sich eine Verunreinigung der Halbleiterkörper durch die Werkzeuge oder durch die chemischen Mittel fast nicht vermeiden, so dass die elektrischen Eigenschaften der Halbleiterkörper verschlechtert werden.
Ferner wurde beobachtet, dass die abgeschiedenen Schichten durch Stoffe, die aus den Wänden der Reaktionsgefässe stammen, verunreinigt werden. Die Art und Menge der Verunreinigung schwankt von Charge zu Charge. Dadurch wird die Herstellung von Schichten mit reproduzierbaren Eigenschaften sehr erschwert.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum epitaktischen Abscheiden von einkristallinem Halb-
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genommen. Das Reaktionsgas wird durch jede Öffnung im wesentlichen nur einem Teil der zu beschich- tenden Grundkörper zugeführt und dadurch in unverbrauchtem Zustand unmittelbar über die zu beschich- tende Oberfläche der einzelnen Grundkörper geleitet. Es wird dadurch besonders gut ausgenutzt, vor allem ist jedoch für alle Grundkörper praktisch die gleiche Schichtdicke gewährleistet. In Fig. 1 reicht das i Rohr 7, z. B. aus Quarz, für die Ableitung der Reaktionsabgase etwas in den Reaktionsraum hinein. Das ist für die Durchführung des Verfahrens nicht unbedingt erforderlich, jedoch vorteilhaft.
Die Aufheizung der Grundkörper 4 auf die Zersetzungstemperatur der gasförmigen Verbindung des
Halbleitermaterials wird im Beispiel mittels einer Induktionsspule 9 vorgenommen, die von einer nicht dargestellten Hochfrequenzquelle gespeist wird. Für die Abscheidung von Silizium durch thermische Zersetzung von mit Wasserstoff im Verhältnis etwa 1 : 10 vermischtem Silicochloroform empfiehlt es sich, die
Oberflächentemperatur der Siliziumgrundkörper auf etwa 1100.... 13500C einzustellen. An Stelle von
Wasserstoff kann beispielsweise Argon oder ein Gemisch von Wasserstoff und Argon oder von Wasserstoff mit einem andern, nicht oxydierenden Gas verwendet werden. Die Temperatur der Grundkörper muss je- weils in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Reaktionsgases eingestellt werden.
Die Erhitzung der Grundkörper auf die Zersetzungstemperatur der gasförmigen Verbindung des Halb- leitermaterials kann in einer andern Ausführungsform z. B. durch Wärmeübergang vom Trägerkörper er- folgen, der durch direkten Stromdurchgang erhitzt wird. Der Trägerkörper wird in diesem Fall zum Bei- spiel U-förmig ausgebildet.
Bei dieser Ausführungsform empfiehlt essich zur Vermeidung von Verunreini- gungen, die bei den hohen Temperaturen, wie sie beispielsweise bei der Siliziumabscheidung erforderlich sind, aus den Halterungen und den Stromzuführungen des Trägerkörpers ausdampfen können, den eigent- lichen Reaktionsraum mit dem Trägerkörper und den Grundkörpern durch eine Quarzplatte abzutrennen und den Trägerkörper mit den beiden Schenkeln durch die Quarzplatte hindurchzuführen in eine Vor- kammer, die die Halterungen und die Stromzuführungen aufnimmt.
In einer andern, besonders günstigen Ausführungsform des Verfahrens gemäss der Erfindung, die durch die Fig. 2 veranschaulicht wird, wird die Wandung des eigentlichen Reaktionsraumes aus dem gleichen hochreinen Material hergestellt, aus dem die Halbleitergrundkörper bestehen. In diesem Fall kann auf
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platte 10 aus hochreinem Silizium aufgelegt, die mit einer Haube 11 aus Silizium vakuumdicht ver- bunden ist. Besonders günstig ist es für die thermischen Verhältnisse, wenn die Grundplatte 10 recht massiv ausgebildet ist ; dadurch wird eine gute Temperaturstabilität erreicht, die die Gleichmässigkeit der Beschichtung noch verbessert. In den Seitenwänden der Haube 11 sind die Öffnungen 5 für die Zu- führung des Reaktionsgases, z. B.
Silicochloroform oder Siliziumtetrachlorid, im Gemisch mit einem Trä- gergas wie Wasserstoff, symbolisiert durch den Pfeil 6. und im Deckel der Haube die Öffnung zum Ab- führen der Reaktionsabgase angebracht. symbolisch dargestellt durch den Pfeil 8, die im Beispiel als ein in denReaktionsraum hineinragendes Rohr 7 ausgebildet ist. Es besteht am vorteilhaftesten ebenfalls aus dem Halbleitermaterial der Grundkörper. Auf diese Weise wird eine Verunreinigung der Halbleitergrundkörper oder der epitaktisch aufwachsenden Schichten durch Stoffe, die aus der Wandung des Reaktionsraumes ausdampfen können, auf jeden Fall vermieden.
In Fig. 2 ist die Haube 11 in einem Stück gefertigt. Aus technologischen Gründen kann es günstiger sein, sie aus mehreren Teilen herzustellen und die Teile miteinander vakuumdicht zu verbinden. Beispielsweise ist es angebracht, die Haube aus einem deckel- und einem zylinderförmigen Teil herzustellen.
Zur Verhinderung der Oxydation der Siliziumwände des Reaktionsraumes ist die Vorrichtung in einem Quarzgefäss 12 untergebracht. Die Erhitzung der Grundkörper auf die Zersetzungstemperatur der gasformigen Verbindung des Halbleitermaterials wird im Beispiel durch die Induktionsspule 9 vorgenommen, die durch eine in Fig. 2 nicht dargestellte Hochfrequenzquelle gespeist wird. 13 ist ein aus Quarz bestehender Sockel, auf dem die Grundplatte 10 gelagert ist. Das Reaktionsgas wird den Öffnungen 5 mittels durch das Quarzgefäss 12 hindurchgeführter, ebenfalls aus Quarz bestehender, Zuleitungen 14 zugeführt.
Die an Hand der Fig. 2 näher erläuterte Ausführungsform des Verfahrens gemäss der Erfindung kann beispielsweise in der Weise abgeändert werden, dass das Reaktionsgas durch den Boden des Quarzgefässes 12 geleitet wird und an den Wänden des Gefässes 12 entlangströmt, bevor es durch die Öffnungen 5 in den Reaktionsraum eintritt. In diesem Fall sind die Rohrleitungen 14 nicht notwendig, da das Gas unmittelbar durch die Öffnungen 5 in den eigentlichen Reaktionsraum einströmt. In diesem Falle ist es besonders vorteilhaft, wenn die Wände des Reaktionsgefässes 12 gekühlt werden, damit eine Ausdampfung von Verunreinigungen aus der Wand vermieden wird. Besonders bei hohen Arbeitstempera-
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turen, wie sie beispielsweise bei der Abscheidung von Siliziumschichten erforderlich sind, ist eine Küh- lung dieser Wände angebracht.
Sie kann z. B. dadurch bewirkt werden, dass die Wände, insbesondere Seitenwände des Gefässes 12, doppelwandig ausgebildet sind und von Wasser oder einem Kühlgas durchströmt werden.
In vielen Fällen kann auch eine Kühlung der Wandung des Reaktionsraumes angebracht sein. Zu diesem Zweck wird beispielsweise der Zwischenraum zwischen dem Quarzgefäss 12 und der Wandung des Reaktionsraumes von einem Strom eines inerten Gases, wie Argon oder Stickstoff, durchströmt. Die Zuführung des Reaktionsgases wird dann z. B. durch die Rohrleitungen 14 vorgenommen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum epitaktischen Abscheiden voneinkristallinem Halbleitermaterial auf mindestens einen aus einkristallinem Halbleitermaterial bestehenden erhitzten, vorzugsweise scheibenförmigen Substratkörper aus einem strömenden, den abzuscheidenden Halbleiter in gebundenem Zustand enthaltenden Reaktionsgas, dadurch gekennzeichnet, dass das frische Reaktionsgas von mindestens zwei verschiedenen, insbesondere diametral einander gegenüberliegenden Richtungen radial von aussen her über die im Reaktionsraum zur Verfügung gestellte gesamte Abscheidungsfläche von aussen nach innen geführt und das verbrauchte Reaktionsgas oberhalb der Mitte der gesamten Abscheidefläche nach oben abgeführt wird.