DE1225148B - Verfahren zum Niederschlagen eines halbleitenden Elementes und eines Aktivator-stoffes aus einem Reaktionsgas - Google Patents

Verfahren zum Niederschlagen eines halbleitenden Elementes und eines Aktivator-stoffes aus einem Reaktionsgas

Info

Publication number
DE1225148B
DE1225148B DES73980A DES0073980A DE1225148B DE 1225148 B DE1225148 B DE 1225148B DE S73980 A DES73980 A DE S73980A DE S0073980 A DES0073980 A DE S0073980A DE 1225148 B DE1225148 B DE 1225148B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
reaction gas
silicon
hydrogen
activator
compound
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DES73980A
Other languages
English (en)
Inventor
Dipl-Chem Dr Erhard Sirtl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to NL125293D priority Critical patent/NL125293C/xx
Priority to NL275029D priority patent/NL275029A/xx
Priority to FR849799A priority patent/FR1277723A/fr
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DES73980A priority patent/DE1225148B/de
Priority to FR876925A priority patent/FR83751E/fr
Priority to CH20762A priority patent/CH498491A/de
Priority to FR889030A priority patent/FR84001E/fr
Priority to SE5102/62A priority patent/SE323062B/xx
Priority to US194829A priority patent/US3192083A/en
Publication of DE1225148B publication Critical patent/DE1225148B/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/08—Germanium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02532—Silicon, silicon germanium, germanium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/0257—Doping during depositing
    • H01L21/02573—Conductivity type
    • H01L21/02576—N-type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/0257—Doping during depositing
    • H01L21/02573—Conductivity type
    • H01L21/02579—P-type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S438/00—Semiconductor device manufacturing: process
    • Y10S438/914—Doping
    • Y10S438/925—Fluid growth doping control, e.g. delta doping

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
BOId
Deutsche KL: 12 c-2
Nummer: 1225 148
Aktenzeichen: S 73980IV c/12 c
Anmeldetag: 16. Mai 1961
Auslegetag: 22. September 1966
Es sind bereits Verfahren zum Herstellen von einkristallinem Silicium vorgeschlagen, die auf der Erkenntnis beruhen, daß die Menge des Siliciums, die sich in der Zeiteinheit aus einem Reaktionsgas durch thermisch-chemische Zersetzung einer gasförmigen Siliciumverbindung auf der Flächeneinheit eines Siliciumträgers abscheidet, durch Zusatz von Halogenwasserstoff zum Reaktionsgas gesteuert werden kann und daß das gleiche auch für das Abscheiden von Bor gilt, das in geringer Menge in dem Reaktionsgas in Form einer gas- oder dampfförmigen Verbindung, im allgemeinen als Borchlorid, oder einer ähnlichen Halogen-Wasserstoff-Bor-Verbindung enthalten ist. So wird z. B. durch den Zusatz der Halogenwasserstoffverbindung zum Reaktionsgas die Menge des sich aus dem Reaktionsgas auf den einkristallinen Siliciumkörper abscheidenden Siliciums so klein gehalten, daß die auf dem einkristallinen Siliciumträger anfallenden Siliciumatome bei der gewählten Oberflächentemperatur des Trägers sich einkristallin in das Gitter dieses Trägers einordnen, so daß der Halbleiterkörper einkristallin wächst.
Darüber hinaus wurde bereits vorgeschlagen, die Temperatur der Oberfläche des Siliciumträgers so zu wählen und den Zuschuß der Halogenwasserstoff-Verbindung zum Reaktionsgas so einzustellen, daß nicht nur das einkristalline Wachstum des Siliciumeinkristalls gewährleistet ist, sondern zugleich auch die Abscheidung des im Reaktionsgas enthaltenen Bors auf diesen Siliciumkörper verhindert wird; insbesondere wird in dieser Erfindung noch angegeben, durch einen hohen Anteil der Halogenwasserstoffverbindung im Reaktionsgas vor allem zu Beginn des Aufwachsverfahrens den als Trägerkörper dienenden Siliciumeinkristall oberflächlich zu behandeln und auf diese Weise im Reaktionsgefäß die einkristalline Struktur des Trägers bis zur Oberfläche freizulegen und erst danach unter Verringerung des Anteils der Halogenwasserstoffverbindung im Reaktionsgas mit dem Abscheiden des Siliciums auf den Träger zu beginnen. Zugleich wird bei diesem Verfahren das Molverhältnis zwischen der Siliciumverbindung und dem Wasserstoffgehalt im Reaktionsgas wesentlich für die Durchführung des Verfahrens gehalten. Durch Änderung dieses Molverhältnisses kann der Abscheide-Vorgang in der gewünschten Weise gesteuert werden.
Diese Erkenntnisse gelten nicht nur für Silicium, sondern auch für Germanium in entsprechender Weise.
Diese Verfahren können nun aber auch dann angewandt werden, wenn in dem Reaktionsgas statt oder außer einer Borverbindung noch andere Aktivatorverbindungen enthalten sind.
Verfahren zum Niederschlagen eines
halbleitenden Elementes und eines Aktivatorstoffes aus einem Reaktionsgas
Anmelder:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,
Berlin und München,
München 2, Witteisbacherplatz 2
Als Erfinder benannt:
Dipl.-Chem. Dr. Erhard Sirtl, München
Somit kann bei einem Verfahren zum vorzugsweise einkristallinen Niederschlagen eines halbleitenden Elementes, insbesondere von Germanium oder Silicium, auf einem vorzugsweise einkristallinen Körper dieses Halbleiters in einem Reaktionsgefäß durch thermisch-chemische bzw. elektrothermisch-chemische Umsetzung eines mit mindestens einer dampf- oder gasförmigen Verbindung eines Aktivatorstoffes versetzten, eine flüchtige Halogenverbindung des betreffenden Halbleiters, Wasserstoff und/oder einen Halogenwasserstoff enthaltenden, das Reaktionsgefäß durchströmenden Reaktionsgases, wobei sich der Halbleiterstoff gleichzeitig mit dem Aktivatorstoff, vorzugsweise einkristallin, auf dem hocherhitzten Halbleiterkörper niederschlägt, die Dotierung während des Niederschiagens gesteuert werden, wenn erfindungsgemäß während des Abscheidevorgangs unter Beibehaltung des Verhältnisses Halbleiter zu Aktivatorstoff im Reaktionsgas durch Änderung des Anteils des Wasserstoffes und/oder des Halogenwasserstoffes der Anteil des mitabgeschiedenen Aktivatorstoffes eingestellt wird.
Die Stoffe, wie vor allem Phosphor und die anderen Elemente der V. Hauptgruppe, die im Germanium oder Silicium als Donatoren wirksam sind, werden weitgehend unabhängig vom Molverhältnis der Halbleiterverbindung zum Wasserstoff im Reaktionsgas und vom Anteil der dem Reaktionsgas zugesetzten Halogenwasserstoffverbindung praktisch in demselben atomaren Verhältnis zum Silicium bzw. Germanium abgeschieden, wie es im Reaktionsgas zwischen dem Donatorstoff und dem Halbleiter besteht.
609 667/253
Dieses unterschiedliche Verhalten der als Donatoren Schichten I bis IV konstant. Dies kann. z.B. in der
bzw. Akzeptoren wirksamen Stoffe kann zur Ände- Weise erreicht werden, daß die entsprechenden Bor-
rung der Dotierung ausgenutzt werden. chlorid- und Phosphorchloridkonzentrationen bereits
Um bei dem Niederschlagen des Germaniums oder in dieser flüssigen Siliciumverbindung, insbesondere Siliciums sowohl die Höhe der Störstellenleitfähigkeit 5 im flüssigen Chlorsilan eingestellt werden. Beim Abzu regeln als auch p-n-Übergänge herzustellen, wird dampfen der Siliciumverbindung im Wasserstoffstrom dem Reaktionsgas noch ein weiterer AktivatorstofF, bleibt dieses Verhältnis dann konstant. Bei einer vorzugsweise in Form einer Verbindung, insbesondere solchen Zusammensetzung des Gases kann die Dotieeines Halogenide oder einer halogenierten Wasser- rung des aufwachsenden Siliciums durch Regelung Stoffverbindung, zugesetzt, der wesentlich schwächer, io des HCl-Anteils und/oder durch Änderung des Molüberhaupt nicht oder in entgegengesetzter Weise als Verhältnisses zwischen dem Siliciumchlorid und dem der erstgenannte Aktivatorstoff auf die Änderung der Wasserstoff des Reaktionsgases in weiten Grenzen Zusammensetzung des Reaktionsgases reagiert und geändert werden. Die vollständige Borabscheidung der im Halbleiter den entgegengesetzten Leitf ähigkeits- wird bei dem angegebenen Molverhältnis erzielt, wenn typ hervorruft. Ist also der erste Aktivatorstoff im 15 dem Gas kein HCl zugesetzt wird; denn der spezifische Halbleiterkörper als Akzeptor wirksam, so ist der auf Widerstand der aufwachsenden Siliciumschicht ist die Änderungen des Reaktionsgases nur schwach 0,15 Ohm · cm, und die Schicht ist p-leitend. Bei oder entgegengesetzt reagierende zweite Aktivator- einem Zusatz von 1 Molprozent
stoff im Halbleiter als Donator wirksam bzw. umgekehrt. Es empfiehlt sich also, beim einkristallinen 20 HCl / "HCl
Aufwachsen Schichten unterschiedlicher Leitfähigkeit ~~jj I njj ~
dadurch herzustellen, daß das Reaktionsgas sowohl
Donator- als auch Akzeptorverbindungen enthält und wird die Borabscheidung in der aufwachsenden daß beim Aufwachsen der Schichten durch die ange- Siliciumschicht unterbunden; die Schicht erhält durch gebene Änderung des Gases das Verhältnis der sich 25 sich niederschlagenden Phosphor einen spezifischen aus dem Gas abscheidenden Donator- und Akzeptor- Widerstand von 4 Ohm · cm und ist n-leitend.
mengen geregelt wird. Auf diese Weise kann auch der Das gleiche läßt sich auch durch Änderung des Leitfähigkeitstyp von Schicht zu Schicht geändert Molverhältnisses zwischen der Siliciumverbindung werden. Dabei braucht der Aktivatorstoff, dessen (SiCl4) und dem Wasserstoff (H2) im Reaktionsgas Niederschlagsmenge in der Zeiteinheit durch die vor- 30 erzielen. So läßt sich allein durch Änderung des Molgeschlagene Änderung des Reaktionsgases geregelt Verhältnisses zwischen der Siliciumverbindung und werden soll, nicht ständig niedergeschlagen zu werden. dem Wasserstoff von 10~3 auf 10~2 eine Mindest-Vielmehr kann durch entsprechende Wahl der Zu- konzentration für die Borhalogenide im Reaktionsgas sammensetzung des Reaktionsgases das Niederschlagen von etwa 2 · 10~2 Molprozent erreichen. Dabei ist die des Aktivatorstoffes während einer gewissen Zeit auch 35 Höhe dieser Grenzkonzentration durch die Konstante verhindert werden. Kv = 0,63 gegeben, aus der sich der Partialdruck^
Weitere Einzelheiten gehen aus der folgenden Be- des Borchlorids gemäß der folgenden Formel errechnen
Schreibung hervor, die die Herstellung eines Germa- läßt:
nium- oder Siliciumeinkristalls mit fünf Schichten 0, β»ητί
I, II, III, rV betrifft (F i g. 1). Dieser Kristall wird 40 κρ = —, = 6,3 · 10"1,
hergestellt, indem auf ein dünnes Halbleiterplättchen, ^BCl · ^1H
das im fertigen Kristall die Schicht 0 bildet, nach- 3 2
einander die Schichten I bis IV einkristallin und unter
entsprechender Dotierung aufgewachsen sind. Das in der ^HCl, ^1BCl3 und -PH2 die Partialdrücke des hierzu verwendete Reaktionsgas enthält außer der 45 HCl, BCl3 und H2 in Atmosphären (at) bedeuten; Halbleiterverbindung, aus der der Halbleiter durch d. h. bei einem Molverhältnis
thermische Zersetzung der Verbindung an der Oberfläche der Einkristallschicht 0 einkristallin aufwächst, ^y _ "SiCl4 _ ^2
auch noch die Chloride je eines Donator- und Akzep- "H2
torstoffes. Im Ausführungsbeispiel besteht der in der 50
F i g. 1 dargestellte Halbleiterkörper aus Silicium, ist nur dann Bor in dem abgeschiedenen Silicium und die als Donatoren bzw. Akzeptoren wirksamen enthalten, wenn — bei den im Beispiel angewendeten Aktivierungsstoffe sind Phosphor als Donator und Verbindungen des Bors und Siliciums — das Atom-Bor als Akzeptor. Das Reaktionsgas besteht aus verhältnis des Bors zum Silicium im Reaktionsgas Siliciumchlorid (SiCl4), Wasserstoff (H2), Borchlorid 55 X 2 · 10~4 ist. Bei dem genannten Molverhältnis und (BCl3), Phosphorchlorid (PCl5) und einem bis auf der oben angegebenen Borchloridkonzentration von Null regelbaren Chlor-Wasserstoff-(HC1)-Zusatz. Die 5 · 10-e, bezogen auf die Halbleiterverbindung (SiCl4), Oberflächentemperatur des Einkristalls während des scheidet sich also kein Bor mehr ab, und das nieder-Abscheidevorgangs beträgt 14000K = 1127°C. Das geschlagene Silicium erhält infolge der praktisch voll-Verhältnis der Molzahlen η der Halbleiter- und 60 ständigen Abscheidung des Phosphors aus dem Aktivatorverbindungen im Reaktionsgas beträgt: Phosphorchlorid (PCl5) eine η-Leitfähigkeit mit einem
spezifischen Widerstand von 4 Ohm · cm.
= 5 · 10~6 (= 5 · 10~4 Molprozent), In der zweiten und dritten Spalte der folgenden
Tabelle sind für den in der Fig. l· angegebenen
«PCI 65 Halbleiter der Leitfähigkeitstyp und der spezifische
— 2,5 · 10-8 (= 2,5 · 10-6 Molprozent), Widerstand ρ der einzelnen Schichten I bis IV einge-
4 tragen, die auf der mit 0 bezeichneten Schicht ein-
und bleibt während der ganzen Aufwachsdauer der kristallin niedergeschlagen wurden:
Schicht Leitfähig
keitstyp		 [Ω · cm] MV = "SiX4
"H2 		ίο-3 Molprozent
zugesetztes HCl
im Reaktionsgas
1. Spalte 2. Spalte 3. Spalte 4. Spalte ίο-3 5. Spalte
I P 0,3 2 ίο-3 0,2
II η 4 >5 ίο-3 1
III P 0,3 2 0,2
IV P+ 0,15 0
In der vierten Spalte ist das Molverhältnis (MV) der mit SiX4 bezeichneten Siliciumverbindung, z. B. SiHCl3, zum Wasserstoff angegeben, das das in das Reaktionsgefäß einströmende Reaktionsgas besitzen muß, damit bei den oben angegebenen Anteilen der Aktivatorverbindungen die niedergeschlagenen Schichten die jeweils gewünschten Leitfähigkeiten haben; dabei wird dem Reaktionsgas kein HCl zugesetzt; die gewünschte Regelung ist also auch ohne den Zusatz der Halogen-Wasserstoff-Verbindung möglich. Die gleichen Leitfähigkeiten in den einzelnen Schichten I bis IV können jedoch bei dem Molverhältnis von 10~3 zwischen der Si-Verbindung und dem Wasserstoff auch durch den in der fünften Spalte der Tabelle angegebenen Molprozentzusatz des HCl zum Reaktionsgas erzielt werden. Zur Herstellung der Schicht I mit einer p-Leitfähigkeit und einem spezifischen Widerstand von 0,3 Ohm · cm soll also (s. vierte Spalte) bei fehlendem HCl-Anteil das Molverhältnis AiF = 2 · 10~3 sein. Es soll bei der Schicht II auf über 5 · 10~3 erhöht, bei dem Aufwachsen der Schicht III wieder auf 2 · 10~3 verringert und schließlich zur Erzielung der Schicht IV bis auf 10~3 herabgesetzt werden. Bei den oben angegebenen Konzentrationen der Bor- und Phosphorverbindungen im Reaktionsgas entstehen dann die gewünschten Leitfähigkeiten der genannten Schichten I bis IV. Das gleiche kann auch in der Weise erzielt werden (s. fünfte Spalte), daß das Molverhältnis (MV) der Siliciumverbindung zum Wasserstoff im Reaktionsgas konstant gleich 10~3 gehalten wird, der Molprozentanteil des HCl im Reaktionsgas jedoch beim Aufwachsen der Schicht I auf 0,2 eingestellt, beim Aufwachsen der Schicht II auf 1 erhöht, bei der Schicht III wieder auf 0,2 verringert und beim Aufwachsen der Schicht IV schließlich ganz unterbunden wird. Die Änderungen des Molverhältnisses (MV) sowie des Anteils von HCl können sinngemäß auch miteinander kombiniert werden, um die gewünschte Schichtfolge beim Aufwachsen zu erzielen. In der F i g. 2 ist ein Diagramm gezeigt, das den Einfluß des Molverhältnisses der Siliciumverbindung zum Wasserstoff im Reaktionsgas bei einer Abscheidetemperatur von 1400° K auf der Oberfläche des Einkristalls, auf dem sich das Silicium abscheidet, und in Abhängigkeit des Molverhältnisses zwischen der Borverbindung und der Siliciumverbindung im Reaktionsgas zeigt. Dabei sind in der Waagerechten die Atomverhältnisse des sich abscheidenden Bors zum sich abscheidenden Silicium angegeben. In der Senkrechten sind die Atomprozentsätze des Bors zum Silicium bzw. die entsprechenden Molprozentsätze der diese Stoffe enthaltenden Verbindungen des Reaktionsgases angegeben. Die Borverbindungen bestehen z. B. aus Borchlorid BCl3 oder Borbromid BBr3 und die Siliciumverbindungen z. B. aus dem Chlorid SiCl4 oder dem Siliciumchloroform SiHCl3. Das Molverhältnis (MV) der Siliciumverbindung zum Wasserstoff im Reaktionsgas ist als Parameter an den verschiedenen Kurven- eingetragen. Verschiedene Molverhältnisse (MV) liefern im Abscheidungsgleichgewicht verschiedene Halogen-Wasserstoff-Partialdrücke; diese Halogen-Wasserstoff-Konzentration legt, wie die F i g. 2 zeigt, weitgehend fest, in welchem Konzentrationsbereich der Halogen-Wasserstoff-Verbindung im Reaktionsgas die Änderung der Dotierung des sich niederschlagenden Halbleiters durch Änderung dieser Konzentration möglich ist.
ίο Beträgt z. B. das Molverhältnis MV = 10~2 (s. den entsprechend waagerechten Ast der Kurve in F i g. 2), so scheidet sich Bor im Silicium nur ab, wenn das Atomprozentverhältnis des Bors zum Silicium im Reaktionsgas mindestens 10~2 Atomprozent beträgt.
ig Ist der Atomprozentanteil des Bors größer, so scheidet sich das Bor mit diesem Atomprozentanteil auch in der aufwachsenden Siliciumschicht ab (s. den etwa diagonalen Kurvenast); entspricht der Anteil jedoch dieser Grenzkonzentration, so kann der Anteil des
ao sich mit dem Silicium abscheidenden Bors durch steigende Zugabe einer Halogen-Wasserstoff-Verbindung, wie insbesondere HCl, zunehmend unterdrückt werden (s. den waagerechten Kurvenast); um diefe Dotierungsänderungen schnell zu erreichen,
as wird die Öffnung, aus der der zugesetzte Halogen-Wasserstoff in das Reaktionsgas eingeführt wird, möglichst in der Nähe der Zuführungsdüse angebracht, durch die das Reaktionsgas in das Reaktionsgefäß einströmt.
Wie die F i g. 2 ferner zeigt, fallen die Kurven für die verschiedenen MV mit der Diagonale annähernd zusammen, wenn die Konzentration der Aktivatorverbindung (z. B. BCl3), bezogen auf die Halbleiterverbindung (z. B. SiHCl3), größer ist als die Mindestkonzentration dieses Konzentrationsbereiches. Das Verhältnis des Bors im Silicium nach der Abscheidung ist in diesen Fällen im wesentlichen gleich dem Atomprozentverhältnis des Bors und Siliciums im Reaktionsgas. Eine Änderung der Dotierung des sich abschei- denden Siliciums durch das Bor ist also auf diesem Kurvenast praktisch nur möglich durch entsprechende Änderung des Atomprozentverhältnisses des Bors zum Silicium im Reaktionsgas. Es kann aber der Atomprozentsatz des abgeschiedenen Bors im abgeschiedenen Silicium auch auf dem waagerechten Ast bei gegebenem Molverhältnis (MV) vorgenommen werden, indem (s. insbesondere auch Fig. 3) durch Steigerung der Halogen-Wasserstoff-Konzentration im Reaktionsgas die Borabscheidung zunehmend unterdrückt wird.
Die F i g. 3 zeigt, wie diese durch die HCl-Zugabe zum Reaktionsgas bei konstantem MV bewirkte Änderung des Atomprozentanteils des Bors im niedergeschlagenen Silicium längs des in der F i g. 2 gezeigten waagerechten Astes der Kurve zustande kommt. In der F i g. 3 ist hierzu die Abhängigkeit der Menge des sich abscheidenden Aktivators, z. B. des Bors, und des Halbleiters (Silicium), von der Temperatur T (in 0K) auf der Oberfläche des Körpers dargestellt, auf dem sich der Aktivator bzw. der Halbleiter bei dem dort zugrunde gelegten Molverhältnis MV von 0,05 niederschlagen, α bedeutet den Anteil des Halbleiters bzw. des Bors der sich auf dem Niederschlagskörper von der im Reaktionsgas für den Niederschlag zur Verfügung gestellten Gesamtmenge des Aktivators bzw. Halbleiters. Dieser Anteil ist für den Niederschlag des Bors mit «b bezeichnet, der Anteil des Siliciums dagegen mit «si· Die gestrichelten
I 225
Kurven zeigen die Abhängigkeit dieses Anteils «b von der Temperatur der Oberfläche, auf der sich das Bor niederschlägt, und von dem Parameter des dem Reaktionsgas zugesetzten Halogen-Wasserstoffes, insbesondere des HCl. Im Reaktionsgas beträgt das Molverhältnis
"SiHCl3
MV =
= 0,05
und das Molverhältnis der Borverbindung (BCl3) zur Halbleiterverbindung (SiHCl3) ist gleich 0,1 Molprozent. Wie ersichtlich, ändert sich die Menge des sich abscheidenden Boranteils aus dem Reaktionsgas außerordentlich stark bei der Steigerung der HCl-Zugabe von 0 auf 100% (bezogen auf die eingesetzte Silicium-Halogenid-Menge). Gegenüber dieser starken Änderung des Anteils «b in Abhängigkeit vom Parameter der HCl-Zugabe zum Reaktionsgas ist die Änderung des Anteils α-si des sich auf dem Reaktionsgas niederschlagenden Siliciums relativ sehr gering. Wie sich aus den Parameterangaben an den Kurven ergibt, kann z. B. bei einer Abscheidetemperatur von etwa 1400° K auf der Oberfläche des Niederschlagskörpers der Anteil «b des Bors von fast 100 auf 0 % dadurch herabgesetzt werden, daß die HCl-Zugabe von z. B. 20 Molprozent auf etwa 50 Molprozent HCl erhöht wird. Gleichzeitig ändert sich dadurch der Niederschlagsanteil «si des Siliciums nur von etwa 0,9 auf etwa 0,8, d. h., daß bei Änderung der HCl-Zugabe von 20 auf 50 Molprozent die Menge des sich aus dem Reaktionsgas niederschlagenden Siliciums sich nur sehr wenig, die Menge des sich niederschlagenden Bors sehr stark ändert.

Claims (3)

Patentansprüche: OO
1. Verfahren zum vorzugsweise einkristallinen
Niederschlagen eines halbleitenden Elementes, ins-
. besondere von Germanium oder Silicium, auf einem vorzugsweise einkristallinen Körper dieses Halbleiters in einem Reaktionsgefäß durch thermisch-chemische bzw. elektrothermisch-chemische Umsetzung eines mit mindestens einer dampf- oder gasförmigen Verbindung eines Aktivatorstoffes versetzten, eine flüchtige Halogenverbindurig des betreffenden Halbleiters, Wasserstoff und/oder einen Halogenwassestoff enthaltenden, das Reaktionsgefäß durchströmenden Reaktionsgases, wobei sich der Halbleiterstoff gleichzeitig mit dem Aktivatorstoff, vorzugsweise einkristallin, auf dem hocherhitzten Halbleiterkörper niederschlägt, dadurch gekennzeichnet, daß während des Abscheidevorgangs unter Beibehaltung des Verhältnisses Halbleiter zu Aktivatorstoff im Reaktionsgas, durch Änderung des Anteils des Wasserstoffes und/oder des Halogenwasserstoffes im Reaktionsgas, der Anteil des mitabgeschiedenen Aktivatorstoffes eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Reaktionsgas außer der flüchtigen Halogenverbindung des einen, insbesondere als Akzeptor wirksamen Aktivatorstoffes noch eine flüchtige Verbindung eines weiteren, insbesondere als Donator wirksamen Aktivatorstoffes zugesetzt wird, die an der erhitzten Oberfläche des Einkristalls unter Abscheidung des zweiten Aktivatorstoffes auf dem Einkristall zersetzt wird, und daß einer der beiden, insbesondere der als Donator wirksame Dotierungsstoff, durch Änderung des Wasserstoffanteils des Reaktionsgases und/oder der Halogenwasserstoffzugabe zum Reaktionsgas in seiner Abscheidung am Träger praktisch nicht oder umgekehrt wie der andere beeinflußt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß während des Niederschiagens durch zeitweise erhöhte Halogenwasserstoffzugabe zum Reaktionsgas die Abscheidung des Dotierungsstoffes während dieser Zeit verhindert wird.
In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1124 028.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
6Q9 667/253 9.66 β Bundesdruckerei Berlin
DES73980A 1961-01-16 1961-05-16 Verfahren zum Niederschlagen eines halbleitenden Elementes und eines Aktivator-stoffes aus einem Reaktionsgas Pending DE1225148B (de)

Priority Applications (9)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL125293D NL125293C (de) 1961-05-16
NL275029D NL275029A (de) 1961-05-16
FR849799A FR1277723A (fr) 1961-01-16 1961-01-16 Procédé de préparation de monocristaux de silicium et monocristaux conformes à ceux obtenus par ledit procédé ou procédé similaire
DES73980A DE1225148B (de) 1961-05-16 1961-05-16 Verfahren zum Niederschlagen eines halbleitenden Elementes und eines Aktivator-stoffes aus einem Reaktionsgas
FR876925A FR83751E (fr) 1961-05-16 1961-10-24 Procédé de préparation de monocristaux de silicium et monocristaux conformes à ceux obtenus par ledit procédé ou procédé similaire
CH20762A CH498491A (de) 1961-05-16 1962-01-09 Verfahren zur Herstellung eines Schichten verschiedener Leitfähigkeit und/oder verschiedenen Leitungstyps aufweisenden einkristallinen Halbleiters
FR889030A FR84001E (fr) 1961-05-16 1962-02-23 Procédé de préparation de monocristaux de silicium et monocristaux conformes à ceux obtenus par ledit procédé ou procédé similaire
SE5102/62A SE323062B (de) 1961-05-16 1962-05-07
US194829A US3192083A (en) 1961-05-16 1962-05-15 Method for controlling donor and acceptor impurities on gaseous vapor through the use of hydrogen halide gas

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DES73980A DE1225148B (de) 1961-05-16 1961-05-16 Verfahren zum Niederschlagen eines halbleitenden Elementes und eines Aktivator-stoffes aus einem Reaktionsgas

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE1225148B true DE1225148B (de) 1966-09-22

Family

ID=7504328

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DES73980A Pending DE1225148B (de) 1961-01-16 1961-05-16 Verfahren zum Niederschlagen eines halbleitenden Elementes und eines Aktivator-stoffes aus einem Reaktionsgas

Country Status (5)

Country Link
US (1) US3192083A (de)
CH (1) CH498491A (de)
DE (1) DE1225148B (de)
NL (2) NL125293C (de)
SE (1) SE323062B (de)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3850707A (en) * 1964-09-09 1974-11-26 Honeywell Inc Semiconductors
US3502516A (en) * 1964-11-06 1970-03-24 Siemens Ag Method for producing pure semiconductor material for electronic purposes
US3354004A (en) * 1964-11-17 1967-11-21 Ibm Method for enhancing efficiency of recovery of semi-conductor material in perturbable disproportionation systems
US3397094A (en) * 1965-03-25 1968-08-13 James E. Webb Method of changing the conductivity of vapor deposited gallium arsenide by the introduction of water into the vapor deposition atmosphere
US3361600A (en) * 1965-08-09 1968-01-02 Ibm Method of doping epitaxially grown semiconductor material
US3511702A (en) * 1965-08-20 1970-05-12 Motorola Inc Epitaxial growth process from an atmosphere composed of a hydrogen halide,semiconductor halide and hydrogen
US3345223A (en) * 1965-09-28 1967-10-03 Ibm Epitaxial deposition of semiconductor materials
US3488235A (en) * 1967-04-25 1970-01-06 Westinghouse Electric Corp Triple-epitaxial layer high power,high speed transistor
US3771025A (en) * 1969-10-02 1973-11-06 Gen Electric Semiconductor device including low impedance connections
US3721868A (en) * 1971-11-15 1973-03-20 Gen Electric Semiconductor device with novel lead attachments
US3941647A (en) * 1973-03-08 1976-03-02 Siemens Aktiengesellschaft Method of producing epitaxially semiconductor layers
US4102766A (en) * 1977-04-14 1978-07-25 Westinghouse Electric Corp. Process for doping high purity silicon in an arc heater
IT1186338B (it) * 1985-10-29 1987-11-26 Sgs Microelettronica Spa Dispositivo elettronico a semiconduttore per la protezione di circuiti integrati da scariche elettrostatiche e procedimento per la sua fabbricazione
FR2784501B1 (fr) * 1998-10-07 2003-01-31 St Microelectronics Sa Procede d'epitaxie sur un substrat de silicium comprenant des zones fortement dopees au bore

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3011877A (en) * 1956-06-25 1961-12-05 Siemens Ag Production of high-purity semiconductor materials for electrical purposes
DE1100606B (de) * 1958-11-26 1961-03-02 Siemens Ag Vorrichtung zum Dosieren von Siliciumverbindungen fuer die Herstellung von reinem Silicium fuer elektronische Zwecke
DE1123300B (de) * 1960-06-03 1962-02-08 Siemens Ag Verfahren zur Herstellung von Silicium oder Germanium
DE1155098B (de) * 1960-06-10 1963-10-03 Siemens Ag Verfahren zur Gewinnung von reinstem Silicium
NL276635A (de) * 1961-03-31

Also Published As

Publication number Publication date
CH498491A (de) 1970-10-31
NL125293C (de) 1900-01-01
SE323062B (de) 1970-04-27
NL275029A (de) 1900-01-01
US3192083A (en) 1965-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE1225148B (de) Verfahren zum Niederschlagen eines halbleitenden Elementes und eines Aktivator-stoffes aus einem Reaktionsgas
DE3743938A1 (de) Verfahren zum atomschicht-epitaxie-verfahren
DE2005271C3 (de) Epitaxialverfahren zum Aufwachsen von Halbleitermaterial auf einem dotierten Halbleitersubstrat
DE1185293B (de) Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung
DE1238105B (de) Verfahren zum Herstellen von pn-UEbergaengen in Silizium
DE2950827C2 (de) Verfahren zum epitaktischen Abscheiden von einkristallinem Material
EP0005744B1 (de) Verfahren zum Aufwachsen von Epitaxieschichten auf selektiv hochdotierten Siliciumsubstraten
DE2154386C3 (de) Verfahren zum Herstellen einer epitaktischen Halbleiterschicht auf einem Halbleitersubstrat durch Abscheiden aus einem Reaktionsgas/Trägergas-Gemisch
DE1913565C3 (de) Verfahren zur Herstellung eines Kristalls einer halbleitenden Am Bv -Verbindung
DE2148119A1 (de) Verfahren zum Herstellen epitaktischer Schichten auf Halbleitersubstraten
DE2703518A1 (de) Verfahren zur beschleunigten zuechtung von kristallen aus der gasphase und durch dieses verfahren hergestellte erzeugnisse
DE1769605A1 (de) Verfahren zum Herstellen epitaktischer Aufwachsschichten aus Halbleitermaterial fuer elektrische Bauelemente
DE1247278B (de) Verfahren zum Herstellen von einkristallinen Halbleiterkoerpern durch thermische Zersetzung gasfoermiger Verbindungen
DE3232259A1 (de) Verfahren zum herstellen von halbleitermaterial hoher dotierung
AT232478B (de) Verfahren zur Herstellung eines Schichten verschiedener Leitfähigkeit und/oder verschiedenen Leitungstyps aufweisenden, vorzugsweise einkristallinen Halbleiters
DE1261842B (de) Verfahren zum Herstellen von hochreinem Silicium
DE1254607B (de) Verfahren zum Herstellen von einkristallinen Halbleiterkoerpoern aus der Gasphase
DE1240826B (de) Verfahren zur Herstellung dotierter einkristalliner Halbleiterkoerper durch epitaktisches Aufwachsen aus der Dampfphase
AT222702B (de) Verfahren zur Herstellen einer Halbleiteranordnung
DE2540175A1 (de) Verfahren zur herstellung von galliumphosphid
AT229371B (de) Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung
DE2214996A1 (de) Verfahren zum Herabsetzen der Wirkungen der Ausdiffusion bei der Herstellung einer epitaktischen Halbleiterschicht
DE1519804B2 (de) Verfahren zum Aufwachsen einen Schicht aus Halbleitermaterial auf einen Keimkristall
AT232477B (de) Verfahren zum Herstellen von hochreinem, insbesondere einkristallinem Silizium
DE1164680B (de) Verfahren zum Herstellen von stabfoermigen Halbleiterkoerpern hoher Reinheit