DE1263714B - Verfahren zum epitaktischen Aufwachsen einer Schicht aus Halbleitermaterial - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES jmVWl· PATENTAMT Int. CL:

AUSLEGESCHRIFT

BOIj

Deutsche Kl.: 12 g-17/22

Nummer: 1263 714

Aktenzeichen: A 47111IV c/12 g

Anmeldetag: 19. September 1964

Auslegetag: 21. März 1968

Eine epitaktische Schicht ist eine Schicht, die auf eine geeignete Unterlage von geordneter kristalliner Struktur so aufgebracht ist, daß an der Grenzschicht eine einheitliche Verbindung zwischen der Orientierung der Kristallstruktur der Schicht und der Unterlage besteht. Wenn beispielsweise die epitaktisch aufgewachsene Schicht und die Unterlage aus dem gleichen Material bestehen, dann ist die Struktur der aufgebrachten Schicht an der Grenze auch gleich und bildet eine Fortsetzung der Struktur der Unterlage. Werden jedoch die epitaktisch aufgewachsene Schicht und die Unterlage aus unterschiedlichem Material gebildet, so kann die Orientierung ihrer Kristallstruktur lediglich in paralleler Beziehung stehen, wobei jedes Material seine eigenen Gitterabstände behält. In bisher bekannten Verfahren sind epitaktisch aufgewachsene Schichten durch Abscheidung eines Materials auf eine ausgewählte feste Oberfläche einer Unterlage hergestellt worden. Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung einer epitaktisch aufgewachsenen Schicht aus einem Halbleitermaterial auf einer geeigneten Unterlage besteht darin, daß das Material direkt aus der Dampfphase auf die ausgewählte feste Oberfläche der Unterlage aufgebracht wird. Ein solches bekanntes Verfahren ist die direkte Aufdampfung des Materials unter Vakuum. Ein weiteres bekanntes Verfahren ist die Abscheidung eines Materials durch Zersetzung oder Reduktion einer gasförmigen Verbindung des Materials an der erhitzten festen Oberfläche der Unterlage, z. B. die Abscheidung einer epitaktischen Schicht aus Silicium, aus einem Reaktionsgas, das Wasserstoff und SiIiciumchloride enthält, auf eine erhitzte Siliciumunterlage. Die Regelmäßigkeit der. Kristallstruktur einer epitaktisch aufgewachsenen Schicht ist dabei mindestens teilweise von der Regelmäßigkeit der festen Oberfläche der Unterlage abhängig, auf welche die epitaktische Schicht abgeschieden wird. Die feste Oberfläche wird deshalb in einen hoehpolierten und reinen Ausgangszustand vor der Abscheidung der epitaktischen Schicht gebracht. Es konnte jedoch festgestellt werden, daß eine auf eine hochpolierte und offenbar reine Oberfläche aufgebrachte epitaktische Schicht dennoch eine große Anzahl Unregelmäßigkeiten in der kristallinen Struktur einschließt. Wenn die epitaktische Schicht monokristalline Struktur aufweist, können solche Unregelmäßigkeiten in Form von Versetzungen oder von Baufehlern in der Struktur auftreten.

Bei einem Verfahren zum epitaktischen Aufwachsen einer Schicht aus Halbleitermaterial auf einer Unterlage, bei dem das Halbleitermaterial Verfahren zum epitaktischen Aufwachsen einer
Schicht aus Halbleitermaterial

Anmelder:

Associated Electrical Industries Limited, London

Vertreter:

Dipl.-Ing. W. Reuther, Patentanwalt,

6000 Frankfurt, AEG-Hochhaus

Als Erfinder benannt:

Ronald Charles Newman,

Rugby, Warwickshire (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 19. September 1963 (36 944)

selbst oder eine Verbindung des Halbleitermaterials unter nicht oxydierender Atmosphäre in dampfförmigem Zustand mit der Oberfläche einer auf der Unterlage hervorgerufenen erhitzten flüssigen Zone in Berührung gebracht wird, so daß sich das Halbleitermaterial abscheidet und epitaktisch auf der unter dieser Zone liegenden Unterlage aufwächst, kann das Vorkommen von Unregelmäßigkeiten in der Struktur vermindert werden, wenn erfindungsgemäß als flüssige Zone eine aus einem auf der Oberfläche der Unterlage aufgebrachten und erhitzten Metall und dem Stoff der Unterlage gebildete geschmolzene Legierung verwendet wird.

Dotierstoffe können in Kontakt mit der flüssigen Zone gebracht werden, und außerdem kann man mit einem etwa zwei Zehnerpotenzen geringeren Vakuum arbeiten.

Die Erfindung wird an Hand eines Beispiels unter Bezugnahme auf eine Figur, die eine Seitenansicht einer Anordnung für die Herstellung einer epitaktisch aufgewachsenen Schicht auf einer Unterlage darstellt, beschrieben.

Die Anordnung besteht aus einem Vakuumraum 3, der eine Siliciumunterlage in Form einer gereinigten Scheibel bestimmter Kristallstruktur enthält. Die Scheibe ί ist auf einem Ständer 2 aufgelegt und mit der bevorzugten Oberfläche 4, auf die eine epitaktisch gewachsene Siliciumschicht aufgebracht werden soll, zur Quelle 5 mit dem die erforderliche Reinheit aufweisenden Silicium hin gerichtet. Die Quelle 5

809 519/611

wird von einem wassergekühlten Kupfertiegel 9 getragen. Eine elektrisch geheizte Metalleitung 7 ist ebenfalls im Vakuumraum 3 angebracht, und zwar in räumlicher Anordnung parallel zur Oberfläche der Scheibe in einiger Entfernung von der Siliciumquelle 5. Über diese Metalleitung 7 wird die Scheibe durch Strahlung aufgeheizt. Des weiteren ist eine Elektronenkanone 8 so in dem Vakuumraum 3 angebracht, daß der gerichtete Elektronenstrahl die Siliciumquelle 5 aufheizen und das Silicium zum Schmelzen und Verdampfen bringen kann. In einem hitzebeständigen, elektrisch geheizten Metallgefäß 6 kann Gold geschmolzen und verdampft werden. Die Scheibe 1 wird zunächst auf eine Temperatur bis etwa 500 bis 600⁰C erhitzt, so daß alle ihm anhaftenden flüchtigen Verunreinigungen verdampfen können. Danach wird das hitzebeständige Gefäß 6 erhitzt, wodurch Gold verdampft und sich bis zu einer Schichtdicke von ungefähr 100 A auf der Oberfläche 4 der erhitzten Scheibe 1 niederschlägt. Bei dieser Temperatur wird dadurch eine flüssige Zone aus siliciumgesättigter Silicium-Gold-Legierung auf der Oberfläche 4 der Scheibe 1 erzeugt. Die äquivalente Dicke der Goldschicht und die Temperatur der Scheibe 1 kann überwacht und kontrolliert werden. Danach wird die Temperatur der Scheibe auf 1208° C erhöht und gleichzeitig die Siliciumquelle 5 durch Beschüß von Elektronen aus der Kanone 8 aufgeheizt, wodurch Silicium auf die Oberfläche der flüssigen Legierungszone aufgedampft wird. Der Siliciumdampf kommt mit der flüssigen Zone in Berührung und lagert sich an der darunterliegenden Unterlage als epitaktische Siliciumschicht an. Die Vakuumaufdampfung des Siliciums auf die flüssige Zone, wird so. lange fortgesetzt, bis die Epitaxieschicht die gewünschte Dicke erreicht hat. Nachdem die gewünschte Dicke der Epitaxieschicht erzielt ist, kann die Scheibe gekühlt werden, um die Rekristallisation der flüssigen Legierungszone zu bewirken. Die auskristallisierte Zone, die die Epitaxieschicht bedeckt, wird, falls sie nicht erforderlich ist, chemisch durch Ätzen mit einem Salpetersäure-Fluorwasserstoffsäuregemisch öder· mechanisch, z. B. durch Läppen, entfernt.

Die in flüssiger Phase befindliche Legierungszone kann auch mit dampfförmigem Siliciumchlorid in Berührung gebracht werden, aps dem Silicium thermisch abgeschieden, und in die Zone unter reduzierender Atmosphäre eingelagert wird. Die Siliciumquelle kann auch durch andere Heizeinrichtungen aufgeheizt werden. Die flüssige Zone kann auch aus einer Legierung mit Gold, Antimon, Silber, Kupfer, Aluminium oder Zum, bestehen.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum epitaktischen Aufwachsen einer Schicht aus Halbleitermaterial auf einer Unterlage, bei dem das Halbleitermaterial selbst oder eine Verbindung des Halbleitermaterials unter nicht oxydierender Atmosphäre in dampfförmigem Zustand mit der Oberfläche einer auf der Unterlage hervorgerufenen erhitzten flüssigen Zone in Berührung gebracht wird, so daß sich das Halbleitermaterial abscheidet und epitaktisch auf der unter dieser Zone liegenden Unterlage aufwächst, dadurch gekennzeichnet, daß als flüssige Zone eine aus einem auf die Oberfläche der Unterlage aufgebrachten und er^ hitzten Metall und dem Stoff der Unterlage gebildete geschmolzene Legierung verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als flüssige Zone eine Legierung mit Gold, Antimon,.: Silber, Kupfer, Aluminium oder Zinn verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach Beendigung des Auf-* Wachsens die flüssige Zone kristallisiert und durch chemische oder mechanische Mittel so weit entfernt wird, daß die darunterliegende Schicht frei wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 017 795,
404, 1042553, 1114170, 1141255.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 519/611 3.68 © Bundesdruckerei Berlin