DE1258397B - Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung durch einkristallines Aufwachsen halbleitender Schichten mittels Transportreaktion - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

BOIj

Deutsche Kl.: 12 g-17/32

Nummer: 1258 397

Aktenzeichen: S 82452IV c/12 g

Anmeldetag: 15. November 1962

Auslegetag: 11. Januar 1968

Bei der Herstellung von Halbleiterschichten nach der sogenannten Sandwich-Methode, d. h., durch einkristallines Aufwachsen halbleitender Schichten, insbesondere durch Abscheiden aus einer gasförmigen Verbindung eines Halbleitermaterials auf einem Träger aus dem gleichen Material, bereitet die Entfernung der auf der Oberfläche des zu beschichtenden Scheibchens vorhandenen Oxidschicht, die sich naturgemäß störend auf den Aufwachsvorgang auswirkt, große Schwierigkeiten.

In der deutschen Auslegeschrift 1029 941 wird ein Verfahren zur Beseitigung der Oxidschicht beschrieben, bei dem die Oberfläche des Einkristallträgers vor Durchführung der Abscheidung zunächst einer Ätzpolitur unterworfen und anschließend durch Abdampfen oder Zerstäuben im Hochvakuum oder in einer geeigneten Schutzgasatmosphäre, beispielsweise Wasserstoff, hochgereinigt wird. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist unter anderem die umständliche Vorbereitung der Trägerkristalle. Außerdem entstehen durch die Verwendung des strömenden Mediums Unebenheiten an der Kristalloberfläche, insbesondere an den Rändern der Kristallscheibe, die die Qualität der Kristalle erheblich beeinträchtigen.

Bei anderen bisher bekannten und ausgeübten Verfahren zur Entfernung der Oxidschicht vor dem Aufwachsvorgang wirkt sich vor allem die Tatsache nachteilig aus, daß die Temperatureinstellung durch den Wärmeübergang vom Heiztisch her erfolgt, was zur Folge hat, daß die zu beschichtende Scheibe stets kälter ist, als die mit dem Heiztisch in direktem Wärmekontakt stehende Vorratsscheibe. Bei dieser Anordnung ist eine völlige Entfernung der auf der Halbleiteroberfläche befindlichen Oxidschicht nahezu unmöglich.

Diese Schwierigkeiten lassen sich bei einem Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung durch einkristallines Aufwachsen halbleitender Schichten auf einem insbesondere einkristallinen Träger aus Halbleitermaterial mittels Transportreaktion in einem Reaktionsgefäß, in dem eine gasförmige Verbindung des Halbleitermaterials durch Reaktion eines Transportgases mit einem festen, auf einer durch eine Induktionsspule heizbaren Unterlage angeordneten Halbleiterausgangsmaterial gebildet und an dem, auf eine niedrigere Temperatur als das Halbleiterausgangsmaterial erhitzten Träger zersetzt wird, wobei die auf der Oberfläche des Trägers zunächst befindliche Oxidschicht in dem Reaktionsgefäß vor Beginn des Aufwachsvorgangs durch Erhitzen des Trägers auf eine Temperatur, bei der die Oxidschicht verdampft, entfernt wird, dadurch vermeiden, daß die Verfahren zum Herstellen einer
Halbleiteranordnung durch einkristallines
Aufwachsen halbleitender Schichten mittels
Transportreaktion

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft,

Berlin und München,

8000 München 2, Witteisbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. Hansjürgen Dersin,

8012 Ottobrunn;

Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. Erhard Sirtl,

8000 München

für die Entfernung der Oxidschicht und die für die Zersetzung der gasförmigen Verbindung erforderlichen Temperaturen des Trägers dadurch eingestellt werden, daß die die Heizwirkung der Induktionsspule vor Beginn des Aufwachsvorganges auf eine elektrisch leitende Abdeckplatte, die mit dem Träger in Wärmekontakt steht und während der Transportreaktion durch Verlagerung der Heizwirkung der Induktionsspulen auf die Unterlage konzentriert wird.

In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, als Abdeckplatte eine vorzugsweise mit Siliciumcarbid überzogene Kohlescheibe zu verwenden.

Die relativ hohe Temperatur des Trägers bewirkt es, daß die auf dessen Oberfläche befindliche Oxidschicht, durch eine bei dieser hohen Temperatur stattfindende chemische Reaktion, beseitigt wird.

Nach Entfernen der Oxidschicht ist es vorteilhaft, die Trägertemperatur auf den für den Aufwachsvorgang notwendigen niedrigeren Wert herabzusetzen, was günstigerweise durch Absenken der Spule geschieht. Die durch das Absenken der Spule bewirkte stärkere Erhitzung der Vorratsscheibe wird durch die Beschaffenheit der Unterlage, man verwendet zweckmäßigerweise einen mit Siliziumkarbid überzogenen Kohlestempel, begünstigt. Die Hochfrequenzspule muß so weit abgesenkt werden, daß eine direkte induktive Beheizung der Halbleiterscheibchen vermieden wird, d. h. daß sich die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Halbleiterscheibchen nur durch den

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gehemmten Wärmeübergang von Seiten des beheizten Stempels her einstellt.

Eine weitere Möglichkeit zur Verlagerung der Heizwirkung der Induktionsspule während des Aufwachsvorgangs besteht im Anheben der Unterlage, sobald die auf der Oberfläche des zu beschichtenden Trägers befindliche Oxidschicht durch das Vorheizen in der Anfangsphase beseitigt worden ist. Als Träger wird zweckmäßigerweise eine Scheibe aus hochreinem Halbleitermaterial, d. h., aus einem Material, dessen Reinheitsgrad den Erfordernissen der Halbleitertechnik genügt, verwendet. Es ist für die Bildung einkristalliner Aufwachsschichten günstig, eine Scheibe von einkristalliner Beschaffenheit zu verwenden.

Das Verfahren gemäß.der Erfindung kann jedoch weitgehend vereinfacht werden, indem sowohl Unterlage als auch Abdeckplatte aus hochreinem, vorzugsweise einkristallinem, Halbleitermaterial hergestellt werden, welches zumindest bei höherer Temperatur eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit aufweist.

Nähere Einzelheiten sind dem an Hand der drei Verfahrensschritte darstellenden Fig.l bis 3 beschriebenen Ausführungsbeispiel zu entnehmen. Wie in Fig. 1 dargestellt, befindet sich in einem Quarzrohrl ein mit einem Siliciumcarbidüberzug 2 versehener Kohlestempel 3. Der Kohlestempel dient für das in die Gasphase zu überführende Halbleitermaterial 4 (hier als Scheibchen vorliegend) als Unterlage, bzw. als Heiztisch. Darüber ist der zu beschichtende Träger 5 aus hochreinem Halbleitermaterial angeordnet. Der Träger besteht vorzugsweise aus einer einkristallinen Scheibe. Zwischen Träger und dem in die Gasphase zu überführenden Material befindet sich ein Abstandshalter 6 aus inertem Material. Eine mit einem Siliciumcarbidüberzug 7 versehene Kohlenscheibe 8, deren Durchmesser größer ist als derjenige der Halbleiterscheibchen, dient als Abdeckplatte für die Halbleiteranordnung. Die Beheizung erfolgt mittels einer flachen Hochfrequenzinduktionsspule 9, die beweglich angeordnet ist. ■ In F i g. 2 ist die in F i g. 1 beschriebene Anordnung zu Beginn des Aufwachsvorgangs dargestellt, wobei für die gleichen Gegenstände die gleichen Bezugszeichen gewählt wurden. Um ein Aufheizen des Trägers S auf eine Temperatur oberhalb derjenigen der Vorratsscheibe 4 zu erreichen und dadurch die an seiner Oberfläche befindliche Oxidschicht 15 zu beseitigen, ist die zur Beheizung verwendete Hochfrequenzspule 9 nach oben gezogen. Wird es im weiteren Verlauf der Reaktion notwendig, die Temperatur des Trägers herabzusetzen, bzw. die Vorratsscheibe 4 auf eine Temperatur oberhalb derjenigen des Trägers 5 zu erhitzen, so wird die Hochfrequenzspule 9 herabgezogen, und zwar vorteilhafterweise so weit, daß sie ungefähr auf der Höhe des unteren Randes des Kohlestempels 3 zu stehen kommt. Die Anordnung entspricht dann der in F i g. 3 dargestellten. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die Temperatureinstellung dadurch zu erreichen, daß bei feststehender Spule der Kohlestempel so weit angehoben wird, daß die in Fig. 3 dargestellte Anordnung erreicht wird.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung durch einkristallines Aufwachsen halbleitender Schichten auf einem insbesondere einkristallinen Träger aus Halbleitermaterial mittels Transportreaktion in einem Reaktionsgefäß, in dem eine gasförmige Verbindung des Halbleitermaterials durch Reaktion eines Transportgases mit einem festen, auf einer durch eine Induktionsspule heizbaren Unterlage angeordneten Halbleiterausgangsmaterial gebildet und an

• ' dem, auf eine niedrigere Temperatur als das Halbleiterausgangsmaterial erhitzten Träger zersetzt, wobei die auf der Oberfläche des Trägers zunächst befindliche Oxidschicht in dem Reaktionsgefäß vor Beginn des Aufwachsvorgangs durch Erhitzen des Trägers auf eine Temperatur, bei der die Oxidschicht verdampft, entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Entfernung der Oxidschicht und die für die Zersetzung der gasförmigen Verbindung erforderlichen Temperaturen des Trägers dadurch eingestellt werden, daß die Heizwirkung der Induktionsspule vor Beginn des Aufwachsvorgangs auf eine elektrisch leitende Abdeckplatte, die mit dem Träger in Wärmekontakt steht, und während der Transportreaktion durch Verlagerung der Heizwirkung der Induktionsspule auf die Unterlage konzentriert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Abdeckplatte eine vorzugsweise mit Siliciumcarbid überzogene Kohlescheibe verwendet wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Unterlage ein Kohlestempel verwendet wird, dessen Oberfläche mit Siliciumcarbid überzogen ist.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlagerung der Heizwirkung der Induktionsspule durch Anheben der Unterlage erreicht wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl als Unterlage als auch als Abdeckplatte hochreines, vorzugsweise einkristallines Halbleitermaterial, das zumindest bei höherer Temperatur eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit aufweist, verwendet wird.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1017 795, 941, 1124 028;

USA.-Patentschriften Nr. 2 880117, 3 021271; französische Patentschrift Nr. 1270317; »Electronics«, vom 8. 7. 1960, S. 66/67.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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