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Verfahren zur Beeinflussung des Oberflächenprofils von aus der
Gasphase abgeschiedenen Halbleiterschichten
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abscheidung vorzugsweise einkristalliner Schichten aus Halbleitermaterial auf erhitzte, kristalline Grundkörper durch thermische Zersetzung einer gasförmigen Verbindung des abzuscheidenden Halbleitermaterials.
Bei diesen unter dem Namen Epitaxie bekannten Aufwachsverfahren wird im allgemeinen derart ver-- fahren, dass die zu beschichtenden Grundkörper, die aus dem abzuscheidenden Halbleitermaterial bestehen können oder auch aus einem andern Material, das aber dann gewisse, bekannte Bedingungen hinsichtlich des Schmelzpunktes sowie der Gitterstruktur und der Gitterabmessungen erfüllen muss, auf einen Heizkörper aufgelegt werden und durch Wärmeübergang von diesem Heizkörper erhitzt werden, oder dass sie auf einen erhitzten Trägerkörper aufgebracht und durch diesen Trägerkörper durch Wärmeübergang erhitzt werden. Als Material für den Trägerkörper kommt dabei eine ganze Reihe von Stoffen in Frage.
Ein häufig verwendetes Material hiefür ist Quarz. Quarz zeichnet sich durch eine hohe Temperatureständigkeit aus : ausserdem liegt er im allgemeinen in hochreiner Form vor, so dass bei den erforderlichen hohen Temperaturen keine Stoffe ausdampfen können, die zu einer unerwünschten Verunreinigung in den herzustellenden Halbleiterschichten führen und die Reproduzierbarkeit der Eigenschaften der Schichten stören würden. Die hohe Reproduzierfähigkeit der Epitaxie-Verfahren ist gerade der Vorteil dieser Verfahren, der für deren grosse technische Bedeutung ausschlaggebend ist.
Es hat sich aber bei der Durchführung des Verfahrens gezeigt, dass man keine einwandfrei ebenen Halbleiterschichten erhält, wenn man die zu beschichtenden Körper, insbesondere Scheiben, auf eine ebene, z. B. aus Quarz bestehende Unterlage auflegt. Die Schichten zeigen vielmehr eine mit der Dicke der abgeschiedenen Schichten zunehmende Randaufwölbung. Für die Weiterverarbeitung zu Halbleiterbauelementen müssen diese Schichten dann erst plangeschliffen oder plangeätzt werden, was aber-ganz abgesehen von zusätzlich notwendigen Arbeitsgängen - sich wegen des Verlustes an wertvollem Halbleitermaterial nachteilig auswirkt.
Die Erfindung sieht daher zur Beeinflussung des Oberflächenprofils, insbesondere zur Herstellung planer Oberflächen, von Halbleiterschichten, die durch thermische Zersetzung einer gasförmigen Verbindung eines Halbleitermaterials in vorzugsweise einkristalliner Form auf kristalline Grundkörper abgeschieden werden, vor, dass in die Nähe der Oberflächenstellen der Grundkörper, auf die wegen des Überangebots an Halbleitermaterial eine Abscheidung von Halbleitermaterial verhindert oder anteilmässig verringert werden soll, wenigstens ein Körper aus inertem Material gebracht wird, derart, dass er die Oberfläche der zu beschichtenden Grundkörper nicht berührt, wobei der Anteil des Halbleitermaterials, der in der Nähe dieser Oberflächenstellen durch die thermische Zersetzung gebildet wird,
ganz oder teilweise von diesen Oberflächenstellen ferngehalten und auf den oder die Körper abgeschieden wird.
Bei der Beschichtung eines scheibenförmigen Grundkörpers kann das durch die Erfindung vorgesehene Verfahren der Oberflachenbeeinflussung beispielsweise derart ausgenutzt werden, dass die Randaufwölbung vermieden wird. Man kann dabei so vorgehen, dass-wie an Hand der Fig. 1 erläutert wird-auf eine
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Unterlage 2, die beispielsweise aus Quarz besteht, die zu beschichtenden Scheiben 1 aufgelegt werden. In Fig. 1 ist zum Zwecke besserer Übersichtlichkeit nur eine einzige Scheibe 1 im senkrechten Schnitt dargestellt. In die Nähe der Oberflachenstellen der Scheibe l, auf die die Abscheidung verhin- dert oder anteilmässig verringert werden soll, ist ein Körper 3 aus inertem Material gebracht, derart, dass er den zu beschichtenden Grundkörper 1 nicht berührt.
Im Ausführungsbeispiel besteht dieser Körper aus Quarz und hat die Form eines Ringes.
An Stelle von Quarz kann auch ein anderes Material für den Zusatzkörper, im Ausführungsbeispiel für den Ring, verwendet werden ; es muss nur derart beschaffen sein, dass es bei der jeweiligen Abscheidetemperatur beständig ist, d. h. noch nicht schmilzt und ausserdem keine Stoffe abgibt, die als Verunreinigung im abzuscheidenden Halbleiter wirken würden. Ebenso darf es natürlich nicht, z. B. durch Legierungsbildung, mit dem abzuscheidenden Halbleitermaterial oder mit dem MaterialderGrundkörperrea- gieren. Geeignet ist beispielsweise ausser Quarz. Graphit, Molybdän, Germanium, Silizium oder Siliziumkarbid. Die Körper können aber auch z. B. aus Quarz bestehen und mit einem Graphitüberzug versehen sein. In manchen Fällen können auch derartige Körper verwendet werden, die mit einem Überzug aus dem abzuscheidenden Material versehen sind.
Durch Wärmeübergang, vor allem von dem erhitzten Grundkörper, werden die Zusätzkörper auf eine Temperatur gebracht, die in der Nähe der Temperatur der Grundkörper liegt. Die Temperatur der Zusatzkörper kann zwar auch etwas oberhalb der Temperatur der Grundkörper liegen ; im allgemeinen jedoch werden die Zusatzkörper nicht besonders beheizt, sondern durch Wärmeübergang vom Grundkörper erhitzt, so dass ihre Temperatur wenig unterhalb der Temperatur der zu beschichtenden Körper liegt.
Der Ring 3 in Fig. 1 ist bezüglich seiner Grösse derart ausgewählt, dass sein lichter Durchmesser etwa dem Durchmesser der Scheibe 1 entspricht. Die Scheiben 1 besitzen gewöhnlich einen Durchmesser in der Grössenordnung von 20 bis 25 mm. Der Ring 3 wird dann, wie in Fig. 1 dargestellt, vorvorzugsweise derart über der zu beschichtenden Oberfläche der Scheiben 1 angeordnet, dass der Abstand des Scheibenrandes vom Ring überall etwa der gleiche ist, d. h. dass die Scheibe in ihrer Relativlage zum Ring etwa symmetrisch angeordnet ist.
Um eine ungefähre Vorstellung von den Grössenverhältnissen zu vermitteln, werden im folgenden einige Zahlenbeispiele gegeben :
Für eine Scheibe von etwa 25 mm Durchmesser wird vorteilhafterweise ein Ring mit einem lichten Durchmesser von etwa 24, 5 bis 25, 5 mm verwendet. Die Stärke des Ringes beträgt zweckmässigerweise rund 1 mm. Ein Ring aus Molybdän wird beispielsweise aus einem Draht von rund 1 mm Durchmesser gebildet. Für eine Scheibe mit etwa 20 mm Durchmesser findet vorteilhafterweise ein Ring mit etwa 19, 5 bis 20, 5 mm lichtem Durchmesser Verwendung. Bei derart oder ähnlich angepassten Abmessungen von Ring 3 und Scheibe 1 erhält man praktisch ebene Aufwachsschichten 4.
Bei den der Erfindung zugrunde liegenden Untersuchungen wurde gefunden, dass der Wirkungsbereich des erfindungsgemäss vorgesehenen Zusatzkörpers sich nahezu gleichmässig nach allen Seiten erstreckt.
Wird beispielsweise eine Kugel von 1 mm Durchmesser genügend nahe an die zu beschichtende Scheibe herangeführt, so erhält man ein Oberflächenprofil der abgeschiedenen Schichten mit einer muldenförmigen Vertiefung in der Umgebung der Kugel. Die Entfernung der Kugel wird dabei so eingestellt, dass bei der erwünschten Dicke der auf dem Grundkörper abgeschiedenen Halbleiterschichten gerade noch keine Berührung der Kugel mit den Aufwachsschichten erfolgt. Die Ausdehnung der Mulde erstreckt sich bei einem Durchmesser der Kugel von etwa 1 mm etwa über einen Durchmesser von 1, 5 bis 2 mm in Abhängigkeit von der Dicke der abgeschiedenen Schicht.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel macht sich die Wirkung des Ringes 3 in einer Umgebung bis zu etwa 0, 5 mm bemerkbar. Der Abstand des Ringes 3 vom Scheibenrand 5 kann also bis zu etwa 0, 5 mm eingestellt werden. Da die Dicke der aufgewachsenen Schichten im allgemeinen weit
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ges an der Scheibe statt, so dass der Ring nach erfolgter Beschichtung der Scheibe einfach entfernt werden kann. Die Dicke der auf dem Ring 3 aufgewachsenen Halbleiterschicht 6 entspricht etwa der auf den Grundkörpern vorzugsweise einkristallin aufgewachsenen Schicht 4. Die Bewachsung auf dem Ring 3 findet gewöhnlich in polykristalliner Form statt. Damit der Ring für wiederholte Verwendung zur Verfügung steht, empfiehlt es sich, den Ring aus einem Material herzustellen, das gegen Lösungsmittel des aufgewachsenen Materials beständig ist.
Im Prinzip kann natürlich das auf dem Körper aufgewachsene Material auch mechanisch entfernt werden, jedoch erfordert die chemische Auflösung viel weniger Aufwand.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, erhält man auf der Grundscheibe 1 eine Halbleiterschicht 4, die eben
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ist und-wenn erwünscht-sogar am Rand leicht abgerundet sein kann.
Fig. 2 zeigt demgegenüber eine Scheibe 1 mit einer aus der Gasphase aufgewachsenen Halbleiterschicht 10, die nach dem herkömmlichen Verfahren ohne die gemäss der Erfindung vorgesehenen Massnahmen gewonnen wurde und eine starke Randaufwölbung aufweist.
Das Verfahren gemäss der Erfindung kann überall dort mit Vorteil angewendet werden, wo bestimmte Oberflächenprofile der aus der Gasphase abgeschiedenen Halbleiterschichten erwünscht sind und an die Strukturfeinheit dieser Profile keine besonderen Anforderungen gestellt werden. Die Form der erfindungsgemäss vorgesehenen Körper kann jeder erwünschten Ausbildung des Oberflächenprofils angepasst werden.
Beispielsweise lassen sich auch mäanderförmig ausgebildete Körper herstellen, so dass es z. B. auch möglich ist, auf einem langgestreckten Kristall mäanderförmige Halbleiterstrukturen zu erzeugen.
In einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist es möglich, die Zusatzkörper derart auszubilden, dass sie gleichzeitig als Transportmittel für die zu beschichtenden Grundkörper dienen. Dadurch ist es beispielsweise möglich, die zu beschichtenden Grundkörper und die Zusatzkörper bereits ausserhalb eines Reaktionsgefässes in einer relativen Lage zueinander anzuordnen, so dass die Beschickung des Reaktionsgefässes besonders rasch vorgenommen werden kann. Man kann in diesem Fall beispielsweise folgenderma- ssen vorgehen : Die zu beschichtenden Grundkörper 1, die beispielsweise die Form einer Scheibe besitzen, liegen, wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt, z. B. auf Zäpfchen 8 auf, die am Zusatzkörper, z. B. dem Ring 3 angebracht sind. Jeder Scheibe 1 ist ein Ring 3 zugeordnet.
Damit eine gute Halterung der Scheiben gewährleistet ist, sind an jedem Ring mindestens drei Zäpfchen notwendig. Zum gleichzeitigen Transport mehrerer Scheiben-Ring-Anordnungen sind die Ringe 3 durch Stäbe 9 verbunden. Die Aufheizung der Grundkörper 1 auf die Abscheidetemperatur, die z. B. für die Abscheidung von Silizium bei etwa 1200 C, für die Abscheidung von Germanium bei etwa 850 - 9000C liegt, erfolgt im Ausführungsbeispiel durch den Heizer 7 durch einen Wärmeübergang über die Quarzunterlage 2.
Die Fig. 4 zeigt die in Fig. 3 dargestellte Anordnung von oben.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Beeinflussung des Oberflächenprofils, insbesondere zur Herstellung planer Oberflächen, von Halbleiterschichten, die durch thermische Zersetzung einer gasförmigen Verbindung eines Halbleitermaterials in vorzugsweise einkristalliner Form auf kristalline Grundkörper abgeschieden werden, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nähe der oberflächenstellen (5) der Grundkörper (1), auf die wegen des Überangebots an Halbleitermaterial die Abscheidung von Halbleitermaterial verhindert oder anteilmässig verringert werden soll, wenigstens ein Körper (3) aus inertem Material gebracht wird, derart, dass er die Oberfläche der zu beschichtenden Grundkörper (l) nicht berührt, wobei der Anteil des Halbleitermaterials, der in der Nähe dieser Oberflächenstellen (5)
durch die thermische Zersetzung gebildet wird, ganz oder teilweise von diesen Oberflächenstellen ferngehalten und auf den oder die Körper (3) abgeschieden wird.
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zu beschichtenden Oberfläche der Scheibe (1) angebracht wird, derart, dass der Mittelpunkt der Scheibe (1) und der Mittelpunkt des Ringes (3) auf einer auf der Scheibe senkrecht stehenden Geraden liegen.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (3) mit Zäpfchen (8) versehen wird und der zu beschichtende, scheibenförmigeGrundkörper (1) auf diese Zäpfchen aufgelegt wird.