DE1239669B

DE1239669B - Verfahren zum Herstellen extrem planer Halbleiterflaechen

Info

Publication number: DE1239669B
Application number: DES73615A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Chem Dr Hans Merkel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1961-04-22
Filing date: 1961-04-22
Publication date: 1967-05-03
Also published as: CH395347A; BE616590A; GB1002697A; NL277330A; US3200001A

Description

BUIMJJiSKEFUBHK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

BOIj

Deutsche Kl.:' 12 g-17/32

Nummer: 1239 669

Aktenzeichen: S 73615 IV c/12 g

Anmeldetag: 22. April 1961

Auslegetag: 3. Mai 1967

Die elektrischen Eigenschaften von Halbleiterkörpern mit Übergängen unterschiedlichen Leitungstyps, z. B. mit ein- oder mehrfachen pn-Übergängen, hängen in hohem Maße von der Geometrie dieser Übergänge ab, die eine möglichst ideale Fläche bilden sollen. Die Erzeugung solcher Flächen bereitet erhebliche technische Schwierigkeiten.

Für viele Anwendungsgebiete wird das Halbleitermaterial in Form dünner einkristalliner Platten benötigt, die man üblicherweise durch Zerschneiden gezogener einkristalliner Halbleiterstäbe herstellt. Derartige Halbleiterstäbe erhält man durch »Kristallziehen«, z. B. nach dem von Czochralski (Z. phys. Chem., 92 [1918], S. 97) erstmals beschriebenen Verfahren, das unter der Bezeichnung »Kristallziehen aus der Schmelze« allgemein bekanntgeworden ist, oder nach dem sogenannten tiegelfreien Zonenziehverfahren« (R. Emeis, Z. Naturforsch., 9a [1945], S. 67). Um einkristalline Halbleiterstäbe zu erhalten, wird nun bei beiden Ziehverfahren ein einkristalliner Keim- oder Impfkristall von der gewünschten kristallographischen Orientierung vorgelegt, an den man den Halbleiterstab anschmilzt. Die Halbleitermaterialien mit Diamantgitter, wie etwa Silicium und Germanium, sowie die mit Zinkblendenstruktur, z. B. die sogenannten III-V-Halbleiter (Verbindungen eines Elements der III. mit einem der V. Gruppe des Periodensystems der Elemente), werden meist in der kristallographischen [lll]-Richtung gezogen, die bei den eben genannten Halbleitermaterialien eine Riehtung bevorzugten Kristallwachstums ist. Demnach wird man bestrebt sein, die Stabachse, d. h. die Ziehrichtung des einkristallinen Halbleitermaterials mit der [lll]-Achse zusammenfallen zu lassen, was eine genaue Ausrichtung des Keimlings beim Ziehvorgang erfordert.

In der deutschen Auslegeschrift 1 061 745 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausrichten eines Keimkristalls beim Ziehen von Einkristallen beschrieben. Gemäß diesem Verfahren wird ein schmales Lichtbündel auf eine etwa senkrecht zur Stabachse des Keimkristalls angeschliffene und orientierend geätzte Stirnfläche geworfen und der Keimkristall mittels einer mechanischen Justiervorrichtung so eingestellt, daß der reflektierte Lichtstrahl bei Drehung des Keimkristalls um die Drehachse seiner Halterung nicht wandert. Trotz Anwendung dieses komplizierten Verfahrens weicht jedoch die Längsachse eines auf diese Weise hergestellten Einkristallstabes von der exakten kristallographischen Richtung um einige Grade ab, da in der Praxis auch die Achse des Keimlings, die sich beim Ziehprozeß als Längsverfahren zum Herstellen extrem planer Halbleiterflächen

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, Erlangen, Werner-vofi-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Chem. Dr. Hans Merkel, Siegfried Leibenzeder, Erlangen

achse des Einkristallstabes fortsetzt, von der exakten kristallographischen Richtung des Keimlings um einige Grade abweicht.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß sich extrem plane Halbleiterflächen nach einem sehr einfachen Verfahren durch epitaktisches Aufwachsen des Halbleitermaterials auf einkristalline Träger herstellen lassen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Aufwachsfläche senkrecht zu der bei der Herstellung des Trägerkristalls eingehaltenen Zieh- bzw. Wachstumsrichtung gewählt wird.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich sowohl relativ dicke als auch sehr dünne Schichten, z. B. in der Größenordnung von 1 μ und kleiner, mit extrem planen Oberflächen herstellen, wie es z. B. für Zählerdioden oder Hochstromgleichrichter von Bedeutung ist.

Gegenüber dem Verfahren der deutschen Auslegeschrift 1 061 745 zeichnet sich das neue Verfahren vor allem durch seine Einfachheit aus.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß für die Herstellung extrem planer Halbleiterflächen durch epitaktisches Aufwachsen von Halbleitermaterial auf einkristalline Träger auf die exakte kristallographische Ausrichtung des Halbleiterstabes, aus dem die Trägerkristalle geschnitten werden sollen, verzichtet werden kann. Das wesentliche Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Trägerkristalle in der Weise aus dem gezogenen Kristallstab ausgeschnitten werden, daß ihre Schnittfläche senkrecht zu der bei der Herstellung des Trägerkristalls eingehaltenen Zieh- bzw. Wachstumsrichtung gewählt wird. Ist diese Bedingung erfüllt, so sind Abweichungen der Ziehrichtung von der exakten kristallographischen Orientierung des Stabkristalls, die bei der

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üblichen Arbeitstechnik einige Grade betragen, für die erfindungsgemäße Herstellung extrem planer Halbleiterflächen ohne Belang.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung werden nachfolgend Ausführungsbeispiele aufgeführt:

Zum Herstellen extrem planer Siliciumflächen wird zunächst der Siliciumträger vorbereitet. Hierzu werden aus einem in der [100]-Richtung gezogenen Siliciumstab Scheiben mit einem Durchmesser von etwa 12 mm herausgeschnitten, deren Schnittfläche etwa in der [100]-Ebene liegt. Diese Flächen werden geschliffen und poliert und anschließend einer Reinigungs- und Feinätzbehandlung während etwa 10 Minuten in einer Lösung aus 5°/o Flußsäure, 33% Salpetersäure, 2°/o eines handelsüblichen Netzmittels und 60 °/o destilliertem Wasser unterzogen. Nach dem Nachspülen mit destilliertem Wasser und Trocknen werden die Scheiben in einen Siliciumaufwachsreaktor eingesetzt. Hierzu kann eine der bekannten Anordnungen verwendet werden. Für besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Scheiben im Reaktor auf einer Siliciumunterlage anzubringen, deren Auflagefläche entweder poliert oder mit einer aufgewachsenen SiC- bzw. Si₃N₄-Schicht versehen ist. Die Scheiben werden durch HF-Heizung der Siliciumunterlage auf die gewünschte Temperatur gebracht. Zur Freilegung des Gitters der Trägerscheiben wird eine einstündige Ausheizung bei mindestens 1150° C durchgeführt. Dabei werden Oxydschichten und eventuelle Verunreinigungen entfernt und Silicium oberflächlich abgetragen. Der anschließende Aufwachsprozeß wird in einem mit 30 1/Std. strömenden SiCl₄-H₂-Gemisch im Molverhältnis 1:25 durchgeführt; die Trägerscheiben werden auf einer Temperatur von 1150⁰C gehalten. In etwa 5 Minuten wachsen 35 μ dicke Schichten auf; ihre Wachstumsrichtung ist gleich der Ziehrichtung des Siliciumstabes, aus dem die als Träger dienenden Scheiben herausgeschnitten worden sind.

Die Ergebnisse sind aus den Figuren zu entnehmen.

Fig. 1 zeigt eine Aufnahme der Oberfläche der aufgewachsenen Siliciumschicht bei 70facher Vergrößerung,

F i g. 2 eine Aufnahme im Interferenzmikroskop bei gleicher Vergrößerung; man erkennt eine auffallende Störungsfreiheit der Interferenzstreifen.

In gleicher Weise läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren anwenden zum Herstellen planer Halbleiterflächen aus anderen Halbleitermaterialien, z. B. aus Germanium oder aus halbleitenden Verbindungen, wie z. B. Indiumantimonid.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Herstellen extrem planer Halbleiterflächen durch epitaktisches Aufwachsen des Halbleitermaterials auf einkristalline Träger, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufwachsfläche senkrecht zu der bei der Herstellung des Trägerkristalls eingehaltenen Zieh- bzw. Wachstumsrichtung gewählt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 061 745.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1 197 058.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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