DE1244733B - Vorrichtung zum Aufwachsen einkristalliner Halbleitermaterialschichten auf einkristallinen Grundkoerpern - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

BOIj

Deutschem.: 12 g-17/32

Nummer: 1244733

Aktenzeichen: S 88180IV c/12 g

Anmeldetag: 5. November 1963

Auslegetag: 20. Juli 1967

Zur Herstellung einer einkristallinen Germaniumschicht auf einem Germardumgrundkörper ist es bekannt, über den in einer Kammer angebrachten, einkristallinen Grundkörper ein gasförmiges Germaniumhalogenid, insbesondere im Gemisch mit Wasserstoff, zu leiten und die Kammer nebst Inhalt derart zu erhitzen, daß sich das Halogenid thermisch zersetzt. Die Wandung der Kammer besteht beispielsweise aus Quarz. Zur Erzeugung einer einkristallinen Schicht mit bestimmter Leitfähigkeit wird dem Germaniumhalogenid ein Dotierungsstoff zugegeben, der den Leitungstyp der Schicht bestimmt.

Bei derartigen Verfahren wird das Reaktionsgas in einer Zuleitung mit mehreren Öffnungen in die Kammer eingeführt und die Reaktionsabgase werden durch eine Ableitung aus der Kammer herausgeführt.

Das bekannte Verfahren kann auch zur Erzeugung aufeinanderfolgender Schichten unterschiedlicher Leitfähigkeit und/oder unterschiedlichen Leitungstyps angewendet werden. Durch Steuerung des Anteils des zugeführten Dotierungsstoffes kann außerdem die Leitfähigkeit der abgeschiedenen Schicht oder der abgeschiedenen Schichten beeinflußt und/ oder können Rekombinationszentren oder Haftsteilen im Kristall erzeugt werden. Es läßt sich beispielsweise auch eine Leitfähigkeitsabstufung in Richtung auf den Schichtenübergang hin oder von diesem weg herstellen.

Es wurde dabei festgestellt, daß bei der gleichzeitigen Abscheidung des Halbleitermaterials auf eine größere Anzahl von Grundkörpern das Halbleitermaterial auf die einzelnen Grundkörper in unterschiedlicher Dicke abgeschieden wird; nicht selten werden Dickenunterschiede bis zu 25% beobachtet. Oft erfolgt die Abscheidung auch auf jeden einzelnen Halbleiterkörper selbst ungleichmäßig, so daß die Schichten nicht eben oder planparallel zur Aufwachsfläche sind. Für die Weiterverarbeitung zu Halbleiterbauelementen müssen die Schichten meist erst plan geschliffen oder durch chemische Mittel plan geätzt werden. Bei dieser zusätzlichen Behandlung läßt sich eine Verunreinigung der Halbleiterkörper durch die Werkzeuge oder durch die chemischen Mittel fast nicht vermeiden, so daß die elektrischen Eigenschaften der Halbleiterkörper verschlechtert werden. Ferner wurde beobachtet, daß die abgeschiedenen Schichten durch Stoffe, die aus den Wänden der Reaktionsgefäße stammen, verunreinigt werden. Die Art und Menge def Verunreinigung schwankt von Charge zu Charge. Dadurch wird die Herstellung von Schichten mit reproduzierbaren Eigenschaften sehr erschwert.

Vorrichtung zum Aufwachsen einkristalliner
Halbleitermaterialschichten auf einkristallinen
Grundkörpern

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, München 2, Wittelsbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Chem. Dr. Julius Nicki, Neukeferloh

Zur Vermeidung der beschriebenen Nachteil sind bei einer Vorrichtung zum Aufwachsen einkristalliner Halbleitermaterialschichten auf einen oder gleichzeitig mehrere einkriställine Grundkörper, vorzugsweise Scheiben, ebenfalls aus Halbleitermaterial, wobei die Schichten unterschiedliche elektrische Leitfähigkeit und/oder unterschiedlichen Leitfähigstyp gegenüber dem Grundkörpermaterial aufweisen kön-

a5 nen, durch thermische Zersetzung einer gasförmigen Verbindung des abzuscheidenden Halbleitermaterials, das als Reaktionsgas, gegebenenfalls mit einem Trägergas und Dotierstoffen gemischt, dient, und Abscheiden auf dem bzw. die erhitzten Grundkörper, mit eine'm Reaktionsgefäß, in dem der bzw. die Grundkörper, eine Zuleitung für das Reaktionsgas mit mehreren Öffnungen und eine Ableitung für die Reaktionsabgase angeordnet sind, erfindungsgemäß die Öffnungen parallel zu der bzw. den zu beschichtenden Oberflächen etwa in Höhe der Grundkörper angeordnet, wobei jedem Grundkörper eine bestimmte Öffnung zugeordnet ist, und die Ableitung befindet sich etwa über der Mitte des bzw. der Grundkörper. Auf diese Weise wird vor allen Dingen erreicht, daß die gasförmige Verbindung des Halbleitermaterials jedem Teil des Grundkörpers bzw. bei Verwendung mehrerer Grundkörper einzelnen Gruppen der Grundkörper unverbraucht zugeleitet wird, so daß die gleichmäßige Beschichtung gewährleistet ist.

In einer besonderen Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist das Reaktionsgefäß rohrförmig und die Öffnungen befinden sich an den Stirnseiten des Gefäßes. Das Gasableitungsrohr kann in das Reaktionsgefäß hineinragen, so daß die Ableitung des verbrauchten Gases direkt über den Grundkörper erfolgt.

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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht aus Reaktionsgefäß aus einer Grundplatte und einer auf die Grundplatte vakuumdicht aufgesetzten Haube, und die Öffnungen befinden sich an den seitlichen Wänden der Haube. Diese bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung wird an Hand der F i g. 1 näher erläutert.

Auf die Grundplatte 1 aus Quarz, die vakuumdicht mit der aus Quarz bestehenden Haube 2 verbunden ist, wird ein Trägerkörper 3 aufgelegt, der vorzugsweise aus dem gleichen Halbleitermaterial wie die Grundkörper 4 besteht, z. B. aus Silicium. Durch die Öffnungen 5, die in der seitlichen Wandung der Quarzhaube 2, etwa in der Höhe der Grundkörper, angebracht sind, wird die gasförmige Verbindung des Halbleitermaterials, symbolisiert durch den Pfeil'6, z. B. Silicochloroform, vorzugsweise mit einem Trägergas, z.B. Wasserstoff, im Verhältnis etwa 1:10 vermischt, in den Reaktions- so raum eingeleitet und an der zu beschichtenden Oberfläche der Siliciumscheiben entlanggeführt. Durch jede Öffnung wird die gasförmige Siliciumverbindung im wesentlichen jeweils einem Teil der zu beschichtenden Grundkörper zugeführt. Der Trägerkörper 3 kann z. B. langgestreckte Form besitzen; dann werden zweckmäßigerweise zwei Öffnungen 5 in der Seitenwand der Haube 2 so angeordnet, daß sie im Reaktionsraum etwa gegenüber und in einer Richtung mit dem Trägerkörper liegen.

Im allgemeinen jedoch kann der Trägerkörper in jeder beliebigen Form, z. B. also in der gleichen Form wie die Grundplatte, vorliegen. Dadurch wird das Verfahren besonders wirtschaftlich gestaltet, da die Vorrichtung auf !diese Weise bei jedem Arbeitsgang besonders gut ausgenutzt werden kann. Dabei ist es besonders vorteilhaft, die öffnungen 5 für die Zuführung des Reaktionsgases, symbolisch durch den Pfeil 6 dargestellt, ;über den ganzen Umfang des zylindrischen Teils der Haube, etwa in der Höhe der Grundkörper, gleichmäßig anzubringen. Die Ab- ;. leitung der Reaktionsabgase, symbolisiert durch den Pfeil8, wird über der Mitte der Grundplatte durch das durch den Zylinderdeckel geführte Rohr 7 vorgenommen. In F i g. 1 reicht das Rohr 7, z. B. aus Quarz, für die Ableitung der Reaktiorisabgase etwas in den Reaktionsraum hinein.

Die Aufheizung der Grundkörper 4 auf die Zersetzungstemperatur der gasförmigen Verbindung des Halbleitermaterials wird im Beispiel mittels einer Induktionsspule 9 vorgenommen, die von einer nicht dargestellten Hochfrequenzquelle gespeist wird. Für die Abscheidung von Silicium durch thermische Zersetzung von mit Wasserstoff im Verhältnis etwa 1:10 vermischtem Silicochloroform empfiehlt es sich, die Oberflächentemperatur der Siliciumgrundkörper auf etwa 1100 bis 1350⁰C einzustellen. An Stelle von Wasserstoff kann beispielsweise Argon oder ein Gemisch von Wasserstoff und Argon oder von Wasserstoff mit einem anderen, nicht oxydierenden Gas verwendet werden. Die Temperatur der Grundkörper muß jeweils in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Reaktionsgases eingestellt werden.

Gemäß Fi g. 2 wird die Wandung des eigentlichen Reaktionsraumes aus dem gleichen hochreinen Material hergestellt,- aus dem die Halbleitergrundkörper bestehen. In diesem Fall kann auf einen zusätzlichen Trägerkörper verzichtet werden. Die Halbleitergrundkörper 4, ζ. B. aus Silicium, oder auch nur ein einziger Grundkörper, werden auf die gleichzeitig als Trägerkörper dienende Grundplatte 10 aus hochreinem Silicium aufgelegt, die mit einer Haubell aus Silicium vakuumdicht verbunden ist. Besonders günstig ist es für die thermischen Verhältnisse, wenn die Grundplatte 10 recht massiv ausgebildet ist; dadurch wird eine gute Temperaturstabilität erreicht, die die Gleichmäßigkeit der Beschichtung noch verbessert. In den Seitenwänden der Haubell sind die Öffnungen5 für die Zuführung des Reaktionsgases, z. B. Silicochloroform oder Siliciumtetrachlorid, im Gemisch mit einem Trägergas wie Wasserstoff, symbolisiert durch den Pfeil 6, und im Deckel der Haube die Öffnung zum Abführen der Reaktionsabgase angebracht, symbolisch dargestellt durch den Pfeil 8, die im Beispiel als ein in den Reaktionsraum hineinragendes Rohr 7 ausgebildet ist. Es besteht am vorteilhaftesten ebenfalls aus dem Halbleitermaterial der Grundkörper. Auf diese Weise wird eine Verunreinigung der Halbleitergrundkörper oder der epitaktisch aufwachsenden Schichten durch Stoffe, die aus der Wandung des Reaktionsraumes ausdampfen können, auf jeden Fall vermieden.

In der F i g. 2 ist die Haube 11 in einem Stück gefertigt. Aus technologischen Gründen kann es günstiger sein, sie aus mehreren Teilen herzustellen und die Teile miteinander vakuumdicht zu verbinden. Beispielsweise ist es angebracht, die Haube aus einem deckel- und einem zylinderförmigen Teil herzustellen.

Zur Verhinderung der Oxydation der Siliciumwände des Reaktionsraumes ist die Vorrichtung in einem Quarzgefäß 12 untergebracht. Die Erhitzung der Grundkörper auf die Zersetzungstemperatur der gasförmigen Verbindung des Halbleitermaterials wird im Beispiel durch die Induktionsspule 9 vorgenommen, die durch eine in der Figur nicht dargestellte Hochfrequenzquelle gespeist wird. 13 ist ein aus Quarz bestehender Sockel, auf dem die Grundplatte 10 gelagert ist. Das Reaktionsgas wird den Öffnungen 5 mittels durch das Quarzgefäß 12 hindurchgeführter, ebenfalls aus Quarz bestehender, Zuleitungen 14 zugeführt.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Aufwachsen einkristalliner Halbleitermaterialschichten auf einen odergleicJtizeitig mehrere einkristalline Grundkörper, vorzugsweise Scheiben, ebenfalls aus Halbleitermaterial, wobei die Schichten unterschiedliche elektrische Leitfähigkeit und/oder unterschiedlichen Leitfähigkeitstyp gegenüber dem Grundkörpermaterial aufweisen können, durch thermische Zersetzung einer gasförmigen Verbindung des abzuscheidenden Halbleitermaterials, das als Reaktionsgas, gegebenenfalls mit einem Trägergas und Dotierstoffen gemischt, dient, und Abscheiden auf denfbzw. die erhitzten Grundkörper, mit einem Reaktionsgefäß, in dem der bzw. die Grundkörper, eine Zuleitung für das Reaktionsgas mit mehreren Öffnungen und eine Ableitung für die Reaktionsabgase angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen parallel zu der bzw. den zu beschich-

tenden Oberflächen etwa in Höhe der Grundkörper angeordnet sind, wobei jedem Grundkörper eine bestimmte Öffnung zugeordnet ist und daß sich die Ableitung etwa über der Mitte des bzw. der Grundkörper befindet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgefäß rohrförmig ist und sich die Öffnungen an den Stirnseiten des Gefäßes befinden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- ίο kennzeichnet, daß das Reaktionsgefäß aus einer Grundplatte und einer auf die Grundplatte vakuumdicht aufgesetzten Haube besteht und sich die Öffnungen an den seitlichen Wänden der Haube befinden.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitung in das Reaktionsgefäß hineinragt.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 865160.

In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 1197 059.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 617/501 7.67 © Bundesdruckerei Berlin

ZEICHNUNGEN BLATTl

Int. CL:
Deutsche Kl.:
Auslegetag:

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2ΤΓ Juli 1967

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