DE1262243B - Process for epitaxial growth of semiconductor material - Google Patents
Process for epitaxial growth of semiconductor materialInfo
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
int. Cl.:int. Cl .:
BOIj BOI j
Deutsche Kl.: 12 g -17/32 German class: 12 g - 17/32
Nummer: 1 262 243Number: 1 262 243
Aktenzeichen: J 25479IV c/12 gFile number: J 25479IV c / 12 g
Anmeldetag: 18. März 1964Filing date: March 18, 1964
Auslegetag: 7. März 1968Opening day: March 7, 1968
Bei der Herstellung von Halbleiterelementen ist es bekannt, dünne einkristalline Schichten durch epitaktisches Aufwachsen mittels Gastransport auf bestimmte Elemente oder vorgegebene Flächenbereiche dieser Elemente aufzubringen. Zu diesem Zweck sind im allgemeinen ein oder mehrere, vorzugsweise röhrenförmige Behälter vorgesehen, in denen die einzelnen zu transportierenden Substanzen untergebracht sind.In the manufacture of semiconductor elements, it is known to epitaxially produce thin monocrystalline layers Growing up by means of gas transport on certain elements or given areas to apply these elements. For this purpose, one or more are generally preferred tubular container is provided in which the individual substances to be transported are housed are.
Diese Substanzen werden durch geeignete Mittel auf die erforderlichen Temperaturen gebracht und durch geeignete Gasströme, die in der Regel eine bestimmte Zusammensetzung, einen bestimmten Druck, eine bestimmte Temperatur und eine bestimmte Strömungsgeschwindigkeit haben müssen, in den für die Beschichtung vorgesehenen Raum transportiert. Das zu beschichtende Element wird zunächst poliert und sorgfältig gereinigt und dann auf die für den Beschichtungsvorgang erforderliche Temperatur gebracht. Erst nach der genauen Einstellung aller aufgezählten Parameter wird das zu beschichtende Element, im allgemeinen durch mechanische Mittel, in den zur Beschichtung vorgesehenen Raum gebracht. Dieses Verfahren ist sehr umständlich, zeitraubend, erfordert große Geschicklichkeit und birgt zudem eine Reihe von nicht kontrollierbaren Fehlerquellen, die die Reproduzierbarkeit der einzelnen Proben in Frage stellen.These substances are brought to the required temperatures by suitable means and by means of suitable gas streams, which as a rule have a certain composition, a certain one Must have pressure, a certain temperature and a certain flow velocity in transported to the space provided for the coating. The element to be coated is first polished and carefully cleaned and then to the temperature required for the coating process brought. Only after the exact setting of all the parameters listed is the one to be coated Element, generally by mechanical means, brought into the space provided for coating. This procedure is very cumbersome, time-consuming, requires great skill and involves In addition, a number of uncontrollable sources of error that affect the reproducibility of the individual Question samples.
In der deutschen Patentschrift 865 160 wird ein Verfahren zur Erzeugung einer Germaniumschicht auf einem Germaniumkörper angegeben, bei dem über den in einer Kammer angebrachten Körper ein Germaniumhalogenid in Gasform geleitet wird, wobei die Kammer nebst Inhalt derart erhitzt wird, daß eine thermische Zersetzung des Halogenids stattfindet. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß die zur Durchführung eines einwandfreien Aufwachsens erforderlichen Parameter, wie Temperatur der Jodquelle, Temperatur der Germaniumquelle, Temperatur und Strömungsgeschwindigkeit der Transportgase und die Temperatur der zu beschichtenden Plättchen, nicht vor Beginn des Aufwachsprozesses eingestellt werden können, so daß besonders beim Aufwachsen der besonders kritischen untersten Bereiche der aufgewachsenen Schichten Störungen nicht mit Sicherheit zu vermeiden sind.In the German patent specification 865 160, a method for producing a germanium layer indicated on a germanium body, in which a body mounted in a chamber is a Germanium halide is passed in gaseous form, the chamber and its contents being heated in such a way that thermal decomposition of the halide takes place. However, this method has the disadvantage that the parameters required for proper growth, such as the temperature of the Iodine source, temperature of the germanium source, temperature and flow velocity of the transport gases and the temperature of the platelets to be coated, not before the start of the growth process can be adjusted so that especially when growing the particularly critical lowermost areas of the grown layers disturbances cannot be avoided with certainty.
Das gleiche trifft für das in der deutschen Patentschrift 950 848 angegebene Verfahren zu, bei dem
ein gegebenenfalls vorgereinigtes Silicium unter der Einwirkung von Siliciumtetrajodid bei einem Druck
oberhalb etwa 65 mm Hg zwischen 1000° C und dem Schmelzpunkt des Siliciums verflüchtigt und bei er-Verfahren
zum epitaktischen Aufwachsen
von HalbleitermaterialThe same applies to the process specified in German patent specification 950 848, in which an optionally prepurified silicon volatilizes under the action of silicon tetraiodide at a pressure above about 65 mm Hg between 1000 ° C and the melting point of the silicon and in the case of the er process for epitaxial growth
of semiconductor material
Anmelder:Applicant:
IBM Deutschland Internationale Büro-MaschinenIBM Germany International Office Machines
Gesellschaft m. b. H.,Society m. B. H.,
7032 Sindelfingen, Tübinger Allee 497032 Sindelfingen, Tübinger Allee 49
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Dipl.-Phys. Günter Hellbardt, 7030 BöblingenDipl.-Phys. Günter Hellbardt, 7030 Boeblingen
niedrigter Temperatur als reines Silicium abgeschieden wird.lower temperature than pure silicon is deposited.
Auch bei den in der deutschen PatentschriftEven with those in the German patent specification
ao 1102 117 und in der Literaturstelle »Electronics«, 18. Mai 1962, angegebenen Verfahren, bei denen die aufzuwachsenden Substanzen durch Transportgase in ein Reaktionsgefäß eingeführt werden, sind die obengenannten Nachteile nicht zu vermeiden.ao 1102 117 and in the literature "Electronics", May 18, 1962, specified process in which the substances to be grown by transport gases in If a reaction vessel is introduced, the above-mentioned disadvantages cannot be avoided.
Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, bei epitaktischen Aufwachsvorgängen vor Beginn des eigentlichen Aufwachsens alle am Verfahren beteiligten Parameter, wie Temperatur des Quellmaterials, Temperatur der zu beschichtenden Unterlagen, Temperatur, Druck und Geschwindigkeit der Transportgase usw., einzustellen. Darüber hinaus sollen in den verschiedenen Leitungen für die Transport- und Reinigungsgase keinerlei mechanische Steuer- oder Umlenkelemente, wie Ventile, Klappen oder Leitbleche, untergebracht sein, da durch die mit der Betätigung dieser Elemente verbundene Bewegung oder Reibung Verunreinigungen in die einzelnen Gasströme gelangen können.The invention is based on the task, in epitaxial growth processes before the beginning of the actual growth, all parameters involved in the process, such as temperature of the source material, Temperature of the substrates to be coated, temperature, pressure and speed of the transport gases etc. to adjust. In addition, in the various lines for the transport and cleaning gases no mechanical control or deflection elements such as valves, flaps or baffles, be accommodated because of the movement or friction associated with the actuation of these elements Impurities can get into the individual gas streams.
Dieses Ziel kann bei einem Verfahren zum epitaktischen Aufwachsen von Halbleitermaterial auf einen Keimkristall, der sich in einem Behälter befindet, durch Transportreaktion, wobei in einem außerhalb des Behälters gelegenen Raum (oder Räumen) ausThis goal can be in a method for epitaxial growth of semiconductor material on a Seed crystal, which is located in a container, by transport reaction, being in an outside of the container located room (or spaces)
■ einem Vorrat aus dem abzuscheidenden Halbleitermaterial (oder aus Halbleitermaterialien) und einem Transportgas (oder Transportgasen) durch Reaktion ein Reaktionsgas (oder Reaktionsgase) gebildet, dieses über den Keimkristall geführt und dabei dort das Halbleitermaterial niedergeschlagen wird, erreicht werden, wenn erfindungsgemäß der Behälter während der Einstellung der für den Aufwachsvorgang erforderlichen Parameter, wie der Temperaturen des■ a supply of the semiconductor material to be deposited (or of semiconductor materials) and a Transport gas (or transport gases) formed by reaction of a reaction gas (or reaction gases), this guided over the seed crystal and the semiconductor material is deposited there, achieved if, according to the invention, the container during the setting for the growing process required parameters, such as the temperatures of the
809 517/670809 517/670
Keimkristalls und des Vorrates, der Zusammensetzung von Transport- und Reaktionsgas, ihren Temperaturen, Strömungsgeschwindigkeiten und Drücken, von einem Schutzgasstrom so durchsetzt wird, daß der Eintritt des Reaktionsgases in den Behälter wenigstens teilweise verhindert wird, und daß nach Einstellung der Parameter der Schutzgasstrom so abgeschaltet oder so abgeschwächt wird, daß der Eintritt des Reaktionsgases in den Behälter freigegeben wird.Seed crystal and the supply, the composition of the transport and reaction gas, their temperatures, Flow velocities and pressures, is penetrated by a protective gas flow so that the entry of the reaction gas into the container is at least partially prevented, and that after adjustment the parameter of the protective gas flow is switched off or weakened so that the entry of the Reaction gas is released into the container.
Durch dieses Verfahren ist es möglich, alle erforderlichen Parameter genauestens einzustellen und das die zu transportierenden Substanzen erhaltende Gasgemisch durch Abschalten des Schutzgasstromes in den Bereich des zu beschichtenden Elementes zu bringen. Dabei fällt es besonders ins Gewicht, daß keinerlei im Wege der im allgemeinen ätzenden Eigenschaften und hohe Temperaturen aufweisenden Transportgase befindliche Schaltorgane zu betätigen sind. Dem Schutzgas kann, wenigstens am Anfang des für die Einstellung der obenerwähnten Parameter vorgesehenen Zeitraumes, zusätzlich ein ätzendes Reinigungsgas zugegeben werden, das die erforderliche Reinigung des zu beschichtenden Elementes durchführt bzw. vervollständigt.With this procedure it is possible to set all the necessary parameters precisely and that the gas mixture to be transported is retained by switching off the flow of protective gas in to bring the area of the element to be coated. It is particularly important that none in the way of the generally corrosive properties and high temperatures Switching elements located in the transport gases are to be actuated. The protective gas can, at least on Start of the period provided for setting the above-mentioned parameters Corrosive cleaning gas can be added, which the required cleaning of the element to be coated carried out or completed.
Die Erfindung wird anschließend an Hand der Abbildung näher erläutert. Der zu beschichtende Keimkristall 5 ist im Rohr 1 untergebracht, das über die Kanäle 10,11 und 13 mit den Rohren 2, 3 und 4 verbunden ist. Das Rohr 1 ist nach links offen und nach rechts durch ein Beobachtungsfenster 9 abgeschlossen. In den Rohren 2, 3 und 4 sind die Vorräte 6, 7 und 8 angeordnet, die durch nicht dargestellte Mittel auf die jeweils erforderlichen Temperatuten gebracht werden können. Desgleichen sind Mittel zur Erwärmung des Keimkristalls S vorgesehen. Über nicht dargestellte Leitungen werden den Rohren 2, 3 und 4 in Richtung der eingezeichneten Pfeile Transportgase zugeführt, deren Zusammensetzung jeweils auf die chemischen Eigenheiten der in diesen Rohren angeordneten Vorräte 6, 7 und 8 abgestimmt sind. Diese Transportgase durchsetzen die genannten Rohre in Richtung der eingezeichneten Pfeile, um sie an der gegenüberliegenden Seite zu verlassen. Während der Anheizzeit für die Vorräte und den Keimkristall werden diese Gase am Eintritt in das Rohr 1 durch ein Schutzgas gehindert, das in Richtung des strichpunktiert eingezeichneten Pfeiles in das Rohr 1 eingeführt wird und dieses Rohr durch die Kanäle 10,11 und 13 verläßt, um sich mit dem Gas in den Rohren 2, 3 und 4 zu vermengen und ohne weitere Wirkung am linken vorderen Ende dieser Rohre auszutreten. Dem in Richtung des strichpunktiert eingezeichneten Pfeils einströmenden Schutzgas wird zweckmäßigerweise zusätzlich eine ätzende Komponente beigegeben, so daß der Keimkristall 5 während der Anheizzeit nicht nur vor Verunreinigungen geschützt, sondern auch zusätzlich gereinigt wird.The invention will then be explained in more detail with reference to the figure. The seed crystal 5 to be coated is accommodated in the tube 1, which is connected to the tubes 2, 3 and 4 via the channels 10, 11 and 13. The tube 1 is open to the left and closed to the right by an observation window 9. In the tubes 2, 3 and 4, the supplies 6, 7 and 8 are arranged, which can be brought to the required temperatures by means not shown. Means for heating the seed crystal S are also provided. The pipes 2, 3 and 4 are fed to the pipes 2, 3 and 4 in the direction of the arrows via lines, the composition of which is matched to the chemical properties of the supplies 6, 7 and 8 arranged in these pipes. These transport gases pass through the pipes mentioned in the direction of the arrows in order to leave them on the opposite side. During the heating-up time for the supplies and the seed crystal, these gases are prevented from entering the tube 1 by a protective gas which is introduced into the tube 1 in the direction of the arrow shown in dash-dotted lines and leaves this tube through the channels 10, 11 and 13 to to mix with the gas in tubes 2, 3 and 4 and exit without any further effect at the left front end of these tubes. The protective gas flowing in in the direction of the dash-dotted arrow is expediently also added an etching component, so that the seed crystal 5 is not only protected from contamination during the heating-up time, but is also additionally cleaned.
Während der Anheizzeit wird ferner auch die Zusammensetzung, die Temperatur und die Geschwindigkeit der die Rohre 2, 3 und 4 in Richtung der eingezeichneten Pfeile durchströmenden Transportgase eingestellt. Nach Einstellung aller erforderlichen Parameter wird das Schutzgas, das in Richtung des gestrichelten Pfeiles in das Rohrl einströmt, abgeschaltet, so daß die die Rohre 2, 3 und 4 durchsetzenden und mit den zu transportierenden Substanzen 6, 7 und 8 angereicherten Transportgase in das Rohrl eintreten können. Im Raum zwischen dem Beobachtungsfenster 9 und dem zu beschichtenden Keimkristall 5 werden die genannten Transportgase mit den von ihnen jeweils transportierten Substanzen gemischt, um gegebenenfalls nach Beendigung einer Reaktion zwischen den einzelnen Komponenten in den Bereich des Kristalls 5 zu gelangen, wo sie auf Grund der eingestellten Parameter in diesem Raum in Form einer epitaktisch gewachsenen Schicht niedergeschlagen werden, um das Rohr in Richtung des ausgezogen eingezeichneten Pfeiles zu verlassen. Bei geeigneter Wahl der Austrittsquerschnitte der Rohre 2, 3 und 4 kann die Strömungsgeschwindigkeit der Transportgase sowohl in den genannten Rohren als auch in dem Rohr 1 durch Steuerung des Druckes bzw. des Unterdruckes am Ausgang dieses Rohres in weiten Grenzen geregelt werden. Der Regelbereich kann durch Ventile am Ausgang der Rohre 2, 3 und 4 noch beträchtlich erweitert werden.During the heating-up time, the composition, the temperature and the speed of the transport gases flowing through the tubes 2, 3 and 4 in the direction of the arrows shown are also set. After all the necessary parameters have been set, the protective gas flowing into the pipe in the direction of the dashed arrow is switched off so that the transport gases which penetrate the pipes 2, 3 and 4 and are enriched with the substances 6, 7 and 8 to be transported enter the pipe can. In the space between the observation window 9 and the seed crystal 5 to be coated, the above-mentioned transport gases are mixed with the substances they transport in order, if necessary, after a reaction between the individual components has ended, in the area of the crystal 5, where they due to the set Parameters are deposited in this space in the form of an epitaxially grown layer in order to leave the pipe in the direction of the solid arrow. With a suitable choice of the outlet cross-sections of the tubes 2, 3 and 4, the flow rate of the transport gases can be regulated within wide limits both in the named tubes and in the tube 1 by controlling the pressure or the negative pressure at the outlet of this tube. The control range can be expanded considerably by using valves at the exit of pipes 2, 3 and 4.
Claims (2)
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Also Published As
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