-
Verfahren zum Abscheiden von Halbleitermaterial unter Anwendung einer
elektrischen Glimmentladung Zur Abscheidung von Halbleitermaterial aus der Gasphase
werden Trägerkörper, z. B. Halbleiterscheiben, auf eine Temperatur erwärmt, bei
welcher in einem Reaktionsgasgemisch die zur Abscheidung von Halbleitermaterial
notwendige Reaktion eintritt. Ein derartiges Reaktionsgasgemisch kann beispielsweise
aus einer gasförmigen Verbindung des Halbleitermaterials sowie Wasserstoff als Reaktionspartner
und als Verdünnungsmittel bestehen. Es ist nicht unbedingt notwendig, daß das Material
des Trägerkristalls und das abgeschiedene Halbleitermaterial miteinander identisch
sind. Es genügt, wenn das abgeschiedene Halbleitermaterial die gleiche Gitterstruktur
wie das Material des Trägerkörpers aufweist. Wenn der Trägerkristall einkristallin
ist, so wächst im Normalfall auch das abgeschiedene Halbleitermaterial einkristallin
auf, wenn bestimmte Bedingungen eingehalten werden. Es ist dazu zweckmäßig nicht
die höchstmögliche Ausbeute anzustreben, sondern bei einer etwas niedrigeren Temperatur
zu arbeiten als zur höchstmöglichen Abscheidung notwendig ist.
-
Die Trägerkristalle können z. B. durch direkten Stromdurchgang, durch
induktive Beheizung, durch Strahlungsheizung oder durch Wärmeübertragung von einer
Unterlage, auf welcher der Trägerkörper aufliegt, beheizt werden. Bei allen diesen
bekannten Erhitzungsarten ergibt sich der Nachteil, daß der gesamte Trägerkörper
beheizt wird und deshalb die Abscheidung von Halbleitermaterial an allen Stellen
des Halbleiterkörpers ziemlich gleichmäßig eintritt. Die Erfindung dient insbesondere
der Überwindung dieser Schwierigkeit.
-
Es ist bekannt, zum Abscheiden von Elementen mit metallischem Charakter
aus ihren Verbindungen flüchtige Verbindungen der betreffenden Elemente in der Dampf-
bzw. Gasphase durch die ionisierende Wirkung einer elektrischen Gasentladung zu
spalten und das Element mit metallischem Charakter zu kondensieren.
-
Bei einem Verfahren zum Abscheiden von Halbleitermaterial, bei dem
ein gasförmige Verbindungen des Halbleitermaterials und Wasserstoff enthaltendes
Reaktionsgasgemisch an die Oberfläche eines erhitzten Trägerkörpers aus Halbleitermaterial
gleicher Gitterstruktur geführt wird, unter Anwendung einer elektrischen Glimmentladung,
besteht die Möglichkeit im wesentlichen nur die Teile der Halbleiteroberfläche zu
beheizen, an welchen eine Abscheidung stattfinden soll, wenn erfindungsgemäß die
elektrische Glimmentladung zur Erwärmung der Oberfläche des Trägerkörpers auf die
für die Abscheidung geeignete Temperatur benutzt wird.
-
Bei scheibenförmigen Halbleiterkörpern kann damit z. B. nur die eine
Scheibenflachseite beheizt werden. Die sonst notwendige Aufteilung der durch einkristalline
Abscheidung hergestellten Halbleiterbauelemente bzw. die Abätzung des Randes dieser
Halbleiterbauelemente kann unterbleiben. Das Verfahren ist weiter sehr einfach und
billig und arbeitet mit einem sehr hohen elektrothermischen Wirkungsgrad von z.
B. über SOo/o.
-
Die Oberfläche des Halbleiterkörpers, auf welche das Halbleitermaterial
abgeschieden werden soll, wird als Kathode in einem entsprechenden Gasgemisch angeordnet.
Ihr gegenüber wird eine Anode angeordnet, mit deren Hilfe die Glimmentladung erzeugt
wird. Mit Hilfe des Mischungsverhältnisses des Gasgemisches - gegebenenfalls können
auch neutrale Gase wie Stickstoff oder Argon beigemischt werden - und mit Hilfe
des Gasdruckes läßt sich die Stromdichte und damit die Energiezufuhr steuern. Bekanntlich
ist die Stromdichte in einer Glimmentladung dem Gasdruck proportional. Es hat sich
beispielsweise herausgestellt, daß bei Atmosphärendruck und Wasserstoff als Füllgas
pro Quadratzentimeter Oberfläche eine Stromstärke von 0,6 Ampere bei 600 V Brennspannung
ausreichend ist, damit Silicium innerhalb sehr kurzer Zeit, z. B. in der Größenordnung
von 1 sec, schmilzt.
-
Wie Versuche zeigten, tritt an einkristallinen Oberflächen eine Glimmentladung
auf, welche nicht in eine Bogenentladung umschlägt. Letztere Entladungsform ist
bekanntlich für eine gleichmäßige Erwärmung über größere Flächenbereiche nicht brauchbar.
Es zeigte sich, daß Kristallkorngrenzen das Umschlagen in eine Bogenentladung fördern.
In diesem Falle schmilzt aber die Oberfläche zunächst
am kleinen
Ansatzpunkt der Bogenentladung leicht auf, worauf die Bogenentladung sofort in eine
Glimmentladung übergeht, die das Aufschmelzen eines größeren Bereiches bewirkt.
Die Glimmentladung ist, wie die Versuche ebenfalls zeigten, bis zu einer Gesamtstromstärke
von einigen Ampere bei Atmosphärendruck und höheren Drücken zu stabilisieren, z.
B. mit Hilfe von Vorwiderständen oder z. B. mit Hilfe von Stromtoren, welche in
den Stromkreis der Entladung gelegt werden. Will man höhere Stromstärken erzielen,
so kann man mehrere Anoden anordnen und dadurch die Stromstärke auf mehrere Kreise
verteilen. In diesem Fall ist jede Anode mit einem Stromtor zu versehen.
-
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können in bekannter Weise
epitaktisch aufgewachsene Schichten auf einkristallinen Trägerkörpern erzeugt werden,
z. B. Siliciumschichten auf Silicium oder Germaniumschichten auf Silicium oder Schichten
von AIIIBv_Verbindungen auf Germanium.
-
An Hand von Ausführungsbeispielen, aus denen weitere Einzelheiten
der Erfindung hervorgehen, soll diese näher erläutert werden. In den Zeichnungen
sind zwei Vorrichtungen dargestellt, welche zur Durchführung des Verfahrens geeignet
sind.
-
F i g.1 zeigt eine Einanodenanordnung, in den F i g. 2 und 3 ist eine
Mehranodenanordnung im Schnitt und in der Aufsicht dargestellt.
-
In F i g. 1 ist ein Quarzrohr 2 dargestellt, in welchem sich ein Tragteil
3 befindet, welches z. B. aus Kupfer oder Silber bestehen kann oder aus einem versilberten
Kupferteil. Auf diesem Tragteil 3 liegt der Trägerkörper 4, z. B. eine Siliciumscheibe
von 12 mm Durchmesser und 2 mm Dicke. Dem Trägerkörper 4 gegenüber ist die
Anode 5 angeordnet, welche aus einem unten verschlossenen Metallrohr bestehen kann.
Im Inneren dieses Rohres 5 kann ein engeres Rohr 6 angeordnet sein, welches zur
Zuführung eines Kühlmittelstromes dient. Durch Pfeile ist die Strömungsrichtung
des Kühlmittels angedeutet. Das Tragteil 3 kann in entsprechender Weise mit einem
Kühhnittelkreislauf versehen sein. Wird das Quarzrohr 2 von einem entsprechenden
Reaktionsgasgemisch durchströmt oder mit diesem gefüllt, so kann bei Anlegen einer
Spannung zwischen Anode 5 und Tragteil 3 eine Glimmentladung entstehen. Der gesamte
Raum zwischen dem Trägerkörper 4 und der Anode 5 ist mit einem bläulichen Licht
7 ausgefüllt, während die eigentliche Glimmentladung 8 die Oberfläche des Trägerkörpers
4 bedeckt. Die Anode 5 kann ebenfalls außen versilbert sein bzw. ganz aus Silber
bestehen. Gegebenenfalls kann das Tragteil 3 mit einer Siliciumauflage versehen
sein oder auch ganz aus Silicium bestehen.
-
In den F i g. 2 und 3 ist eine Mehranordnung dargestellt, bei der
in einem Quarzgefäß 11 eine Scheibe 12 angebracht ist, welche mit dem negativen
Pol der Glimmspannungsquelle verbunden ist. Mit dieser Scheibe 12 stehen
Halbleiterscheiben 13 bis 18 in Verbindung, welche damit ebenfalls
mit dem negativen Pol verbunden sind. Den Halbleiterscheiben 13 bis 18 sind Anoden
19 gegenübergestellt, welche an den positiven Pol gelegt sind und damit die Glimmentladung
einleiten können. Wird nun das Gefäß 11 mit einem entsprechenden Reaktionsgemisch
gefüllt, so findet die gewünschte Abscheidung auf den oberen Flachseiten der Halbleiterscheiben
statt.