DE1240997B - Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung - Google Patents

Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung

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DE1240997B DES77851A DES0077851A DE1240997B DE 1240997 B DE1240997 B DE 1240997B DE S77851 A DES77851 A DE S77851A DE S0077851 A DES0077851 A DE S0077851A DE 1240997 B DE1240997 B DE 1240997B
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Description

BUNDESKEPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. CL: HOIl
Deutsche Kl.: 21 g -11/02
Nummer: 1 240 997
Aktenzeichen: S 77851 VIII c/21 g
Anmeldetag: 2. Februar 1962
Auslegetag: 24. Mai 1967
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung durch thermisches Zersetzen einer gasförmigen Verbindung eines Halbleiterstoffes und Niederschlagen des Halbleiterstoffes in einkristalliner Form auf einkristallinen, insbesondere scheibenförmigen Halbleiterkörpern, die auf einer beheizten Unterlage aufliegen und durch Wärmeübergang von der Unterlage her beheizt werden.
Nach diesem Verfahren werden aufeinanderfolgende einkristalline Schichten unterschiedlichen Leitungstyps und/oder unterschiedlicher Leitfähigkeit aus Halbleiterstoffen wie z. B. Germanium, Silicium oder Verbindungshalbleitern hergestellt. Man geht dabei so vor, daß Scheiben aus diesen Stoffen auf eine Unterlage aufgelegt und durch Aufheizen dieser Unterlage auf Temperaturen, bei denen sich der in Form einer gasförmigen Verbindung im Reaktionsgas enthaltene Halbleiterstoff in einkristalliner Form abscheidet, erhitzt werden.
Zur Herstellung einkristalliner Halbleiterkörper mit mehreren aufeinanderfolgenden Schichten unterschiedlichen Leitungstyps und/oder unterschiedlicher Leitfähigkeit sind bereits Verfahren bekannt, bei denen die mit einkristallinen Aufwachsschichten zu versehenden einkristallinen Halbleiterscheiben auf eine Unterlage aus Quarz oder Keramik aufgelegt und auf eine hinreichend hohe Temperatur, z. B. durch Beheizen des ganzen Reaktionsgefäßes, erhitzt werden. Bei diesem Verfahren ist jedoch die Gefahr des Einschleppens von Verunreinigungen aus der Unterlage oder aus dem Reaktionsgefäß sehr groß.
Um dieses Einschleppen von Verunreinigungen aus der Unterlage in die abgeschiedene Schicht zu vermeiden, wurde bereits vorgeschlagen, eine Unterlage zu verwenden, die aus dem gleichen, insbesondere hochreinen Halbleitermaterial wie die Scheibchen besteht. So wurde nach dem vorgeschlagenen Verfahren bei der epitaktischen Abscheidung von Silicmmschichten eine aus hochgereinigtem Silicium bestehende Unterlage, z. B. ein halbierter und besonders präparierter Siliciumstab oder ein Siliciumbrett, verwendet. Die Herstellung einer solchen als Unterlage aus Silicium ist jedoch äußerst schwierig und aufwendig.
Eine Unterlage, die aus dem gleichen Halbleitermaterial wie die Scheibchen besteht, hat außerdem den Nachteil, daß sich während der Abscheidung der einkristallinen Schichten das Halbleitermaterial auch auf der Unterlage abscheidet. Die Unterlage kann deshalb nur für wenige Abscheidungsprozesse benutzt werden und muß dann erneuert oder wenigstens prä-Verf ahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung
Anmelder:
Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, München 2, Witteisbacherplatz 2
Als Erfinder benannt:
Dr. Erhard Sirtl,
Dr. Josef Grabmaier, München
1S pariert werden. An den Stellen, an denen während der Abscheidung ein Sdheibchen gelegen hat, bleiben Vertiefungen zurück, die bei den darauffolgenden Abscheidungen ein gleichmäßiges Erhitzen der Scheibchen erschweren und nach mehreren Abscheidungsprozessen praktisch unmöglich machen. Die ungleichmäßige Erhitzung der Scheibchen hat aber eine ungleichmäßige Dicke der abgeschiedenen epitaktisdien Schicht zur Folge.
Zur Vermeidung dieser Nachteile und Störungen wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, als Unterlage einen Formkörper zu verwenden, der wenigstens an der den zu beschichtenden scheibenförmigen Halbleiterkörpern zugewandten Oberfläche aus einem Halbleitermaterial besteht, das im Gittertyp, oder wenigstens in der Gitterkonstanten von denjenigen der Halbleiterkörper verschieden ist und bei der Arbeitstemperatur mit dem Material der zu beschichtenden Halbleiterkörper keinerlei Mischkristalle und kein Eutektium mit einem unterhalb desjenigen der Halbleiterkörper liegenden Schmelzpunkt bildet.
Bei Verwendung einer solchen Unterlage findet entweder praktisch überhaupt keine Ablagerung des Halbleiterstoffes statt, oder die Ablagerung blättert wegen der fehlenden innigen Verbindung mit der Unterlage beim Abkühlen der Unterlage ab bzw. kann nach dem Abkühlen ohne Schwierigkeiten mit einem geeigneten Spachtel aus Silicium oder Siliciumkarbid entfernt werden.
Weitere Anforderungen, die an das Material für die Unterlage gestellt werden, sind die, daß es in eine für die Aufnahme der Halbleiterkörper geeignete Form gebracht werden kann, wodurch ein gleichmäßiger Wärmeübergang von der Unterlage zu dem Halbleiterkörper gewährleistet wird, und daß es elektrisch, also induktiv oder durch direkten Stromdurchgang erhitzt werden k.ann. Außerdem^
709 587/431

Claims (1)

  1. 3 4
    soll das Material in sehr reiner Form hergestellt frei werdende Silicium setzt sich mit dem Kohlenstoff
    werden können und einen Schmelzpunkt besitzen, des Graphitkörpers um und bildet eine dünne Ober-
    der gegenüber demjenigen des Halbleiterkörpers flächenschicht aus Siliciumkarbid.
    sehr hoch ist. Der Siliciumkarbidüberzug kann jedoch auch in
    Halbleitermaterialien zeigen die für die Unterlage 5 vorteilhafter Weise durch thermische Zersetzung
    geforderten Eigenschaften und können außerdem in einer Organosiliciumverbindung hergestellt werden,
    sehr reiner Form hergestellt werden. So kann z. B. Die in flüssiger Form vorliegende Siliciumverbindung
    für die Ge-Epitaxie eine Unterlage aus Silicium sehr wird mit Hilfe des Trägergases, z. B. Wasserstoff
    oft, z. B. bis zu 50mal, ohne Zwischenbehandlung oder Argon, in das Reaktionsgefäß eingeführt und
    verwendet werden. Die sich nach zahlreichen Ab- io thermisch zersetzt. Dabei ist zu beachten, daß die
    Scheidungsvorgängen bildende Ablagerung kann Temperatur des Graphitkörpers 13000C möglichst
    außerdem sehr leicht, z. B. mechanisch oder durch nicht unterschreitet, da sonst zumindest teilweise an
    einen Ätzvorgang, entfernt werden. Das gleiche gilt Stelle des Siliciumkarbid elementares Silicium ab-
    z. B. für eine Unterlage aus Siliciumkarbid, die für geschieden wird. Geeignete Organosiliciumverbin-
    die Si-Epitaxie, aber auch für die Ge-Epitaxie mit 15 düngen sind beispielsweise CH3SiHCl2, CH3SiCl3
    Vorteil verwendet werden kann. oder (CH3)2SiCl2. Die Strömungsgeschwindigkeit des
    Es ist dabei nicht notwendig, daß eine Unterlage Trägergases .soll dabei bei etwa 50 l/h (Querschnitt verwendet wird, die ganz aus Halbleitermaterial be- des Gasstromes 10 bis 20 cm2) liegen, wobei die Besteht; es genügt vielmehr, eine mit Halbleitermaterial ladung etwa 10% beträgt. Weiter kann auch ein aus überzogene Unterlage zu verwenden. Dadurch kann ao einer Halogenkohlenwasserstoffverbindung und einer auch die. Auf heizung durch direkten Stromdurch- Halogenverbindung des Siliciums bestehendes Gasgang oder durch Induktion einfacher gestaltet wer- gemisch, das z. B. neben Wasserstoff 3 Volumden. So erfüllt z. B. ein mit Silicium oder Silicium- prozent CHCl3 und 7 Volumprozent SiHCl3 enthält, karbid überzogener Graphitheizer die geforderten an dem auf 1300° C erhitzten Graphitformkörper Bedingungen. Bei Verwendung einer Unterlage, die 35 mit einer Strömungsgeschwindigkeit des als Trägerganz aus hochreinem halbleitendem Material besteht, gas fungierenden Wasserstoffs von 30 l/h vorbeigeleiist infolge der äußerst geringen Leitfähigkeit des tet werden.
    Materials bei Zimmertemperatur eine relativ aufwen- In allen Fällen bildet sich auf dem Graphitform-
    dige Schaltung notwendig, um die Aufheizung der körper ein sehr widerstandsfähiger, grauglänzender
    Unterlage durch direkten Stromdurchgang und/oder 30 Überzug aus reinem Siliciumkarbid. Die auf dieser
    Induktion zu ermöglichen. Unterlage angeordneten Halbleiterscheiben behalten
    Wird eine mit einem Siliciumüberzug versehene nun auch bei höheren Arbeitstemperaturen ihre Unterlage für die Ge-Epitaxie verwendet, so macht hochglänzende Oberfläche bei.
    es sich bei Anwesenheit von Halogenwasserstoff im In der Figur ist als Ausführungsbeispiel ein Form-Reaktionsgas störend bemerkbar, daß eine Abtra- 35 körper 1 aus hochreinem Graphit, der mit einer sehr gung des Siliciums unter Bildung eines Subchlorids widerstandsfähigen Siliciumkarbidschicht 2 überstattfindet, was eine unerwünschte Abscheidung von zogen ist, dargestellt. Auf diese Unterlage werden Silicium an der der Unterlage zugewandten Seite die z. B. aus Germanium oder Silicium bestehenden der Halbleiterkörper zur Folge hat. Dieser Vorgang Halbleiterscheibchen, von denen in der Figur vier ist auf eine Transportreaktion zurückzuführen, die 40 dargestellt und mit 3 bis 6 bezeichnet sind, aufgelegt, sich in dem Zwischenraum zwischen Halbleiter- Die Unterlage ist in einem nicht dargestellten Rekörpem und Unterlage abspielt. aktionsgefäß angeordnet und mit Stromzuführungen
    Diese unerwünschte Abscheidung auf der Unter- versehen, die durch das Reaktionsgefäß hindurchseite der Halbleiterkörper bei Anwesenheit von geführt und mit einer Spannungsquelle verbunden Halogenwasserstoff kann aber vermieden werden, 45 sind. In das Reaktionsgefäß wird die zu zersetzende wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Verbindung des Halbleiterstoffes, ζ. B. Germanium-Erfindung eine Unterlage verwendet wird, die bei der tetrachlorid oder Silicochloroform, mit einem Trä-Arbeitstemperatur vom Reaktionsgasgemisch nicht gergas, z.B. Wasserstoff, vermischt, eingeleitet und angegriffen wird. Diese Voraussetzung ist insbeson- die Unterlage durch direkten Stromdurchgang so dere dann erfüllt, wenn eine zumindest an der dem 5° hoch erhitzt, daß sich der Halbleiterstoff aus dem Halbleiterkörper zugewandten Oberfläche aus SiIi- Reaktionsgas als einkristalline Schicht abscheidet, ciumkarbid bestehende Unterlage für die epitaktische Zur Herstellung aufeinanderfolgender dotierter Beschichtung verwendet wird. Halbleiterschichten werden dem Reaktionsgas in be-
    Siliciumkarbid genügt sowohl als homogener kannter Weise Dotierungsstoffe zugesetzt. Eine BeKörper als auch als Überzug auf einem Graphit- 55 schichtung der Unterlage, die erst nach zahreichen körper allen Anforderungen in bezug auf Reinheit Abscheidungsprozessen so groß ist, daß sie störend und chemische Resistenz. Außerdem macht es sein wirkt, kann durch Eintauchen in eine Ätzlösung hoher Schmelzpunkt für die Verwendung als Unter- leicht entfernt werden. Die Siliciumkarbidschicht lage besonders geeignet. bleibt dabei wegen der hohen chemischen Resistenz
    Zur Herstellung eines Siliciumkarbidüberzuges auf 60 des Siliciumkarbids unversehrt,
    einem Graphitkörper wird eine gasförmige Halogen-
    verbindung des Siliciums insbesondere mit einem Patentansprüche:
    Trägergas vermischt, an einem auf mindestens 1. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiter-13000C erhitzten Graphitkörper thermisch zersetzt anordnung durch thermische Zersetzung einer und das sich bildende Siliciumkarbid als Überzug 65 gasförmigen Verbindung eines Halbleiterstoffes auf dem Graphitformkörper niedergeschlagen. Als und.Niederschlagen des Halbleiterstoffes in eingeeignete Halogenverbindung kann beispielsweise kristalliner Form auf einkristallinen, insbeson-Trichlorsilan verwendet werden. Das bei 1300° C dere scheibenförmigen Halbleiterkörpern, die auf
    einer beheizbaren Unterlage aufliegen und durch Wärmeleitung von der Unterlage her beheizt werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Unterlage ein Formkörper verwendet wird, der wenigstens an der den Halbleiterkörpern zugewandten Oberfläche aus einem Halbleitermaterial besteht, das im Gittertyp oder wenigstens in der Gitterkonstanten von demjenigen der Halbleiterkörper verschieden ist und bei der Arbeitstemperatur mit dem Material der zu be- ίο schichtenden Halbleiterkörper keinerlei Mischkristalle und kein Eutektikum mit einem unterhalb desjenigen der Halbleiterkörper liegenden Schmelzpunkt bildet.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Unterlage aus einem bei der Arbeitstemperatur gegenüber dem Reaktionsgemisch inerten Material verwendet wird, die durch direkten Stromdurchgang und/oder durch Induktion beheizbar ist.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Unterlage aus Siliciumkarbid verwendet wird.
    4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Unterlage verwendet wird, die aus einem mit Halbleitermaterial, insbesondere mit Siliciumkarbid, überzogenen Graphitkörper besteht.
    5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Unterlage verwendet wird, die durch Zersetzung einer gasförmigen Halogen- bzw. HalogenwasserstoffVerbindung des Siliciums an einem auf mindestens etwa 13000C erhitzten Graphitkörper hergestellt worden ist.
    6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Unterlage verwendet wird, die durch Zersetzen einer Organosiliciumverbindung an einem erhitzten Graphitkörper unter Bildung eines Siliciumkarbidüberzuges hergestellt worden ist.
    In Betracht gezogene Druckschriften:
    Deutsche Patentschriften Nr. 865160, 853 926,
    422;
    deutsche Auslegeschrift Nr. 1057 845;
    österreichische Patentschrift Nr. 177 475.
    In Betracht gezogene ältere Patente:
    Deutsches Patent Nr. 1152197.
    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
    709 587/430 5.67 © Bundesdruckerei Berlin
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