DE1057207B

DE1057207B - Verfahren zur Herstellung von Halbleiterschichten, insbesondere fuer Hallgeneratoren

Info

Publication number: DE1057207B
Application number: DES48915A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Markus Biermann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1956-05-31
Filing date: 1956-05-31
Publication date: 1959-05-14
Also published as: DE1057207C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur FTerstellung von Halbleiterschichten, wie sie insbesondere für Hallgeneratoren oder für in ihrem Widerstandswert durch ein äußeres Magnetfeld steuerbare Halbleiteranordnungen, bei dem die Schicht auf einen Träger aufgebracht und zur Vorbereitung ihrer Kristallisation und gegebenenfalls zur Herbeiführung einer chemischen Reaktion einer Wärmebehandlung unterworfen wird, Verwendung finden. Bei der Herstellung solcher Halbleiteranordnungen kommt es darauf an, daß die fertige Halbleiterschicht erstens, wenn sie aus einer Zweistoffverbindung besteht, eine große Homogenität aufweist, daß zweitens eine einwandfreie Bildung der chemischen Verbindung stattgefunden hat, aus welcher die Halbleiterschicht bestehen soll, drittens daß die Stöchiotnetrie der fertigen Halbleiterschicht einwandfrei ist, d. h. also, daß in der Halbleiterschicht nur die chemische Verbindung enthalten ist und nicht freie überschüssige Mengen der an der Bildung des Stoffes beteiligten chemischen Kompotienten, und viertens daß die fertige Halbleiterschicht eine möglichst grobkristalline Struktur hat. Eingehende Untersuchungen haben ergehen, daß sich diese Bedingungen dadurch erfüllen lassen, daß die Halbleiterschicht nach dem Aufbringen auf ihren Träger durch eine thermische Behandlung in den schmelzflüssigen Zustand übergeführt wird. Solche Halbleiterschichten haben aber nach ihrer Überführung in den schmelzflüssigen Zustand infolge ihrer Oberflächenspannung die Neigung, sich zusammenzuballen oder tropfenförmig zusammenzulaufen, so daß also die fertige, erstarrte Schicht nicht mehr die einwandfreie Raumbzw. Flächenfo'rm aufweist, die für sie erwünscht ist. Ferner kann durch stärkeres Abdampfen der leichter flüchtigen Komponente bei Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes die Stöchiometrie gestört werden.

Diese nachteiligen Erscheinungen werden hei dem Verfahren nach der Erfindung dadurch vermieden, daß auf die in einer Dicke von etwa IQ—² cm oder weniger, vorzugsweise IO-⁴ cm, aufgebrachte Halbleiterschicht eine besondere Schutzschicht aus einem anderen Werkstoff aufgebracht oder an deren Oberfläche erzeugt wird, die einen höheren Schmelzpunkt, einen wesentlich höheren spezifischen Widerstand und einen geringeren Dampfdruck hat als die Halbleiterschicht und diese an ihrer gesamten Oberfläche mit einer zusammenhängenden, einheitlichen Grenzfläche berührt, und daß anschließend die Halbleiterschicht über ihren Schmelzpunkt hinaus erwärmt wird, wobei die im festen Zustand bleibende Schutzschicht eine Zusammenballung oder Tropfenbildung des schmelzflüssigen Halbleitermaterials verhindert. Die gemäß der Erfindung verwendete Schutzschicht hat die Wirkung, daß die Flächenausdehnung der schmelzflüssigen Verfahren zur Herstellung

von Halbleiterschichten,
insbesondere für Hallgeneratoren

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Phys. Markus Biermann, Berlin-Halensee,
ist als Erfinder genannt worden

Halbleiterschicht erhalten bleibt und zugleich ein Abdampfen des Halblaitermaterials oder seiner Komponenten verhindert wird. Es ist nicht notwendig, daß die gesamte Halbleiterschicht in den schmelzflüssigen Zustand übergeht; die erfindungsgemäße Wirkung tritt vielmehr auch dann ein, wenn bei einem teilweisen Schmelzen der Halbleiterschicht diese an den schmelzflüssig werdenden Stellen jeweils in ihrer Ausdehnung aufrechterhalten wird. Die Schutzschicht darf keine zu große Porosität aufweisen. Sie soll außerdem gegenüber dem Material der Halbleiterschicht chemisch inert sein, so daß sie nicht zur Einlagerung von Störstellen in der Halbleiterschicht Anlaß geben kann.

Es ist an sich bekannt, bei der Herstellung von Selengleichrichtern amorphes Selen auf einer metallischen Hilfsplatte aufzubringen und mittels dieser Hilfsplatte mit einer erwärmten Elektrode zu vereinigen, wobei die Hilfsplatte später entfernt wird.

Es ist ferner bekannt, bei der Temperung von Selenschichten unterhalb ihres Schmelzpunktes die Oberfläche der Selenschicht mit einer Aluminiumfolie oder einer Glimmerschicht zu bedecken. Bei diesen Vorgängen wird jedoch das Selen nicht bis zur Schmelztemperatur erhitzt, so daß eine Tropfenbildung nicht auftreten kann. Diese Schichten haben vielmehr die Aufgabe, eine Vergleichmäßigung des Kristallisationsvorganges der Selenschicht dadurch zu erzielen, daß art der Grenzfläche zwischen Folie und Selen eine große Anzahl von Kristallisationszentren erzeugt wird.

909 510/355

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Die Anwendung der Erfindung kommt beispiels- metrischen Verbindung, und der gegebenenfalls vorweise für solche Anordnungen in Frage, bei denen als handene Überschuß einer Komponente beim Erstarren Halbleitermaterial Indiumantimonid oder Indium- wird an den Oberflächen selbsttätig ausgeschieden arsenid benutzt wird. Als Stoffe für die Schicht, Bei der Anwendung der Erfindung unter Benutzung welche auf die Halbleiterschicht aufgebracht wird, 5 einer Schutzschicht aus Indiumarsenid kann in diesem bevor diese in den schmelzflüssigen Zustand über- Fall und für diese Zwecke in der Weise vorgegangen geführt wird, eignen sich z. B. Germanium, Silizium, werden, daß auf die Halbleiterschicht, die auf eine Siliziummonoxyd, Siliziumdioxyd, Aluminiumoxyd, geeignete Weise, z. B. durch Aufdampfen von Indium-Magnesiumoxyd oder allgemein hochschmelzende und antimonid, auf ihren Träger aufgebracht worden ist, nicht sublimierende Metalloxyde. Das Aufbringen io zunächst eine Indiumarsenidschicht durch einen Aufeiner solchen Schutzschicht auf die Halbleiterschicht dampfungs- oder Aufstäubungsprozeß aufgebracht kann z. B. durch einen Aufdampfprozeß oder Auf- wird. Nunmehr wird die thermische Behandlung der stäubungsprozeß erfolgen. Anordnung bei der Schmelztemperatur des Indium-Für die auf die Halbleiterschicht aufgebrachte antimonide in einem Schutzgas, z. B. aus Kohlen-Schutzschicht kann es wichtig sein, sie vorzugsweise 15 dioxyd bei etwa einer Atmosphäre, durchgeführt, aus einem Material herzustellen, welches sich selbst Dabei geht das Indiumantimonid in den flüssigen Zusehr leicht reinigen läßt, um auf diese Weise die Mög- stand über. Die Indiumarsenidschicht bleibt aber im lichkeit eines Eintretens von Störstellen aus der festen Zustand und bildet die auf dem Indiumanti-Schutzschicht in die Halbleiterschicht weitgehend bei monid liegende Schutzschicht.

deren Behandlungsprozeß auszuschließen. In der vor- 20 Wird die Erfindung in der Weise benutzt, daß bei

ausgehenden Beschreibung sind als solche Stoffe, die der Durchführung des Verfahrens aus der auf den

sich verhältnismäßig leicht reinigen lassen, bereits Träger aufgebrachten Halbleiterschicht zunächst die

Germanium und Silizium angeführt worden. Hierbei Schutzschicht an der Oberfläche der Halbleiterschicht

handelt es sich aber nur um chemische Grundstoffe. gebildet werden soll, so· kann in der nachfolgenden

Statt dessen gibt es auch Mehrstoffverbindungen, z. B. 25 Weise verfahren werden.

Zwei stoff verbindungen, welche sich auf relativ ein- Es wird wieder auf einen Trägerkörper eine Schicht fache Weise in einem sehr reinen Zustand herstellen aus Indiumantimonid mit einer Dicke von etwa 1O^-4 cm lassen. Neben dem Indiumantimonid ist ein solcher aufgedampft. Der Träger mit der aufgedampften Stoff beispielsweise das Indiumarsenid. Es kann daher Schicht wird nunmehr in einen Raum gebracht, der als Schutzschicht beispielsweise eine Zweistoffverbin- 30 mit einem inerten Gas gefüllt ist. Zusätzlich ist aber dung, etwa Indiumarsenid, aufgebracht werden, wenn in dem Behälterraum noch eine bestimmte Menge z. B. eine Halbleiterschicht aus Indiumantimonid be- eines chemisch reagierenden Gases, z. B. Sauerstoff, nutzt wird; denn das Indiumarsenid hat außer der enthalten bzw. wird in diesen eingebracht oder in Eigenschaft, leicht gereinigt werden zu können, noch diesem erzeugt. Diese Menge ist so bemessen, daß die weitere im Sinne der Erfindung erwünschte Eigen- 35 durch eine Temperaturbehandlung von der Oberfläche schaft, einen höheren Schmelzpunkt als das Indium- her die Halbleiterschicht bis in bestimmte Tiefe oxyantimonid zu besitzen. diert wird. Bei in dieser Weise durchgeführten Ver-Wie bereits oben gesagt, kann auch in der Weise fahren werden Oxydschichten erzeugt, die anteilig vorgegangen werden, daß-nicht auf die Halbleiter- an der gesamten Dicke des Halbleiters eine Dicke von schicht eine zusätzliche Schicht aus einem anderen 40 etwa 1% haben. Bei der Durchführung des Verfah-StofF aufgebracht wird, sondern daß aus dem auf- rens kann derart vorgegangen werden, daß die Bildung gebrachten Halbleiter zunächst an seiner Oberfläche der Schutzschicht auf der Halbleiterschicht in einem eine entsprechende Schicht gebildet wird, bevor der selbständigen thermischen Behandlungsprozeß durchHalbleiter im übrigen in den schmelzflüssigen Zustand geführt wird. Statt dessen kann in weiterer Ausübergeführt wird. 45 bildung der Erfindung auch unmittelbar das Hoch-Die thermische Nachbehandlung der Halbleiter- fahren des Ofens auf die Temperatur, die für die schicht kann in einem inerten Schutzgas, wie Wasser- thermische Behandlung des Indiumantimonids auf stoff, Stickstoff, Argon, Kohlendioxyd, Ammoniak, seinem Träger benutzt wird, für die Bildung der oder im Vakuum durchgeführt werden. Schutzschicht an der Halbleiteroberfläche ausgenutzt Entsprechende beispielsweise Verfahren für die An- 50 werden. Für diesen Zweck wird der Träger mit der wendung der Erfindung sind die folgenden: aufgebrachten Indiumantimonidschicht in den Ofen Auf einen Träger, z. B. aus Quarzglas, wird eine gebracht, bevor dieser für die eigentliche thermische Indiumantimonidschicht, z, B. durch Aufdampfen im Behandlung der Halbleiterschicht beheizt wird. Wäh-Vakuum, aufgebracht. Auf diese Schicht wird als rend des Anheizens des Ofens auf die endgültige Tem-Schutzschicht eine weitere Schicht aus vorzugsweise 55 peratur von etwa 530° C bildet sich dann bei Anreinem Quarz ebenfalls durch Aufdampfen aufgebracht. Wesenheit von Sauerstoff vor dem Schmelzflüssig-Nunmehr erfolgt eine Temperaturbehandlung der An- werden an der Oberfläche der Halbleiterschicht die Ordnung im Vakuum oder in einem inerten Gas bei gewünschte Schutzschicht.

einer Temperatur kurz oberhalb des Schmelzpunktes Die Bildung der Atmosphäre mit Sauerstoffgehalt des Indiumantimonids, also etwa bei 530° C. Bei 60 kann in Ausgestaltung der Erfindung entweder in der dieser Temperaturbehandlung.zeigt es sich, daß die in Weise erfolgen, daß ein vorbestimmter Betrag von den schmelzflüssigen Zustand übergehende Halbleiter- Sauerstoff in den Behälterraum hineingebracht oder schicht in einwandfreier Weise in ihrer Ausdehnung durch eine chemische Reaktion erzeugt wird. Eine an ihrem Träger erhalten bleibt. Hierbei ist gleich- weitere Möglichkeit besteht darin, dann, wenn in dem zeitig, wie bereits früher hervorgehoben, die Möglich- 65 Behälter bereits ein Schutzgas mit gebundenem Sauerkeit des Abdampfens vom Material des Halbleiters stoff benutzt wird, z. B. Kohlendioxyd, mittels einer behindert. Läßt man die geschmolzene Halbleiter- Glimmentladung eine Zersetzung des Gases über einen schicht jetzt entweder ohne oder mit einer besonderen bestimmten Zeitraum durchzuführen, so daß sich eine Temperatursteuerung abkühlen, so geht sie in den bestimmte Menge freier Sauerstoff abspaltet,
kristallinen Zustand über unter Bildung der stöchio- 70 Im übrigen verläuft die weitere Behandlung der

Claims

HaMeiterschkht so, wie bei dem ersten Beispiel für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bereits angegeben. Schließlich kann die Durchführung des erfmdungsgemäßen Verfahrens auch in der Weise erfolgen, daß nach dem Aufbringen der Halbleiterschicht auf den Träger und dem Aufbringen einer besonderen Schicht die thermische Behandlung in der Weise durchgeführt wird, "wie es für das Zonenreinigungsverfahren von Halbleitern bekannt ist. Es wird in diesem Fall die Halbieiterschicht nur in einer bestimmten Zone jeweils in den schmelzflüssigen Zustand übergeführt und diese «amvelzflüssige Zone dann über die ganze Länge der Halbleiterschicht hinweggeführt. Auch in diesem Falle, in dem die Halbleiterschicht jeweils nur teilweise in ihren schmelzflüssigen Zustand übergeführt . wird, erweist sich die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens als durchaus wirksam und vorteilhaft. Bei einer solchen Durchführung des Veriahrens wird gleichzeitig eine besonders einwandfreie Stöchiometrie erreicht; denn auf diese Weise kann die jeweilige Komponente, die im Überschuß in der Schicht vorhanden ist, gemäß dem bekannten Zonenziehverfahren an eines ihrer Enden geführt werden. Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Halbleiterschichten, insbesondere für Hallgeneratoren oder für durch ein äußeres magnetisches Feld in ihrem elektrischen Widerstandswert steuerbare Halbleiteranordnungen, bei dem die Schicht auf einen Träger aufgebracht und zur Vorbereitung ihrer Kristallisation und gegebenenfalls zur Herbeiführung einer chemischen Reaktion einer Wärmebehandlung unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf die in einer Dicke von etwa 10~~² cm oder weniger, vorzugsweise ICh"⁴ cm, aufgebrachte Halbleiterschicht eine besondere Schutzschicht aus einem anderen Werkstoff aufgebracht oder an deren Oberfläche erzeugt wird, die einen höheren Schmelzpunkt, einen wesentlichen höheren spezifischen Widerstand und einen geringeren Dampfdruck hat als die Halbleiterschicht und diese an ihrer gesamten Oberfläche mit einer zusammen- 4-5 hängenden, einheitlichen Grenzfläche berührt, und daß anschließend die Halbleiterschicht über ihren Schmelzpunkt hinaus erwärmt wird, wobei die im festen Zustand bleibende Schutzschicht eine Zusammenballung oder Tropfenbildung des schmelzflüssigen Halbleitermaterials verhindert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht aus einem Werkstoff besteht, welcher mit dem Werkstoff der Halbleiterschicht nicht derart reagiert, daß in die Halbleiterschicht Störstellen eindringen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schutzschicht aus einem bei der Schmelztemperatur der Halbleiterschicht nicht sublimierenden und nicht schmelzenden Metalloxyd aufgebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstoff für die Schutzschicht Siliziummonoxyd, Siliziumdioxyd, Aluminiumoxyd oder Magnesiumoxyd benutzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schutzschicht aus Germanium oder Silizium aufgebracht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen der Schutzschicht durch einen Aufdampfoder einen Aufstäubungsprozeß erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschicht aus Indiumantimonid oder Indiumarsenid besteht.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Halbleiterschicht aus Indiumantimonid aufgebrachte Schutzschicht aus Indiumarsenid besteht und die Temperaturbehandlung der Halbleiterschicht in einem Schutzgas stattfindet.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung der Schutzschicht auf der Halbleiterschicht aus dem Halbleitermaterial selbst durch eine erste thermische Behandlung in einer Atmosphäre mit einem bestimmten Sauerstoffgehalt zwecks Bildung einer Oxydschicht bestimmter Dicke an der Oberfläche der Halbleiterschicht erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß für die Durchführung der ersten thermischen Behandlung das Hochheizen des Ofens ausgenutzt wird, in welchem die thermische Behandlung der Halbleiterschicht stattfindet.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA-Patentschriften Nr. 2 254429, 2199104, 282 523.