DE1280819B - Verfahren zum Aufwachsen von Kristallen aus SiC, BN, BP, AIN oder AIP auf einen Keimkristall - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

£23k

DEUTSCHES #K| PATENTAMT AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

BOIj

Deutsche KL: 12 g-17/14

P 12 80 819.4-43 (J 26270)

25. Juli 1964

24. Oktober 1968

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufwachsen von Kristallen aus Siliciumcarbid, Bornitrid, Borphosphid, Aluminiumnitrid oder Aluminiumphosphid auf eine ebene, polierte Fläche eines einkristallinen Keimkristalls aus demselben Stoff nach Auflösen eines Ausgangsmaterials aus demselben Stoff, das sich in Form eines einkristallinen, ebenen Plättchens der polierten Keimkristallfläche gegenüber befindet, in einer in einem Temperaturgefälle befindlichen, als Lösungsmittel für den Stoff dienenden Schmelze.

Zur Gewinnung der für die Herstellung von Halbleiterbauelementen erforderlichen einkristallinen Strukturen finden meist Verfahren Anwendung, bei denen der jeweilige Stoff in eine Schmelze übergeführt wird, aus der sodann an einem Keimkristall das zum Aufbau des Kristalls oder der Schicht bestimmte Material abgeschieden wird. Diese Verfahren stoßen jedoch auf Schwierigkeiten bei solchen Verbindungen, die aus Elementen mit stark vonein- so ander abweichenden Dampfdrücken bestehen und nur sehr schwer — oder unter technisch beherrschbaren Druckverhältnissen gar nicht — in eine Schmelze übergeführt werden können. Wegen ihrer chemischen und physikalischen Eigenschaften, aber as auch wegen ihres relativ großen Bandabstandes sind dabei die Stoffe BN, BP, AlN, AIP und SiC für die Halbleitertechnik von besonderem Interesse.

Um die bestehenden Schwierigkeiten zu vermeiden, wurden bereits diese Halbleiterverbindungen in Schmelzen gelöst, die geeignet sind, einen genügend hohen Prozentsatz der zu verarbeitenden Stoffe aufzunehmen, und die keine Verunreinigungen des abgeschiedenen Halbleiterkristalls verursachen. Beispiele für solche Schmelzen sind Silicium und Chrom für SiC, Aluminium für Al-Verbindungen. Eine besondere Schwierigkeit bei diesen Verfahren besteht darin, die Konzentration des Halbleitermaterials in der als Lösungsmittel dienenden Schmelze und damit die Randbedingungen für das Wachsen des Kristalls konstant zu halten.

Durch die USA.^Patentschrift 2 996 456 ist ein Verfahren zur Herstellung von SiC-Kristallen bekannt, bei dem dieses Problem dadurch gelöst wird, daß eine dünne Chromfolie zwischen ein als Quelle dienendes und ein den Kristallkeim bildendes, ebenes, poliertes Plättchen gelegt und durch ein Wärmefeld zum Schmelzen gebracht wird, das in Richtung des zu beschichtenden Plättchens ein Temperaturgefälle aufweist. Da die Löslichkeit der Halbleiterverbindung in dem Lösungsmittel sich mit steigender Temperatur erhöht, entsteht dabei in der Schmelze der Verfahren zum Aufwachsen von Kristallen aus
SiC, BN, BP, AlN oder AIP auf einen
Keimkristall

Anmelder:

IBM Deutschland Internationale
Büro-Maschinen Gesellschaft m. b. H.,
7032 Sindelfingen, Tübinger Allee 49

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Dr. Wolfgang Liebmann,

7032 Sindelfingen

Cr-Folie ein Konzentrationgradient, der bewirkt, daß an der Seite mit höherer Temperatur stets neues Material gelöst wird, das dann durch die Schmelze hindurchwandert und auf der kälteren Seite abgeschieden wird. Dieses Verfahren ist jedoch mit dem Nachteil behaftet, daß es bei den meisten, als Lösungsmittel in Frage kommenden Substanzen, sei es wegen ihrer schlechten Verformbarkeit, sei es wegen ihrer leichten Oxydierbarkeit, sehr schwierig ist, geeignete Folien herzustellen.

Aufgabe der Erfindung ist es, dieses Verfahren, das nicht auf SiC beschränkt ist, sondern sich auch auf BN, BP, AlN und AIP, bei welchen Verbindungen bis zu einem gewissen Grade ähnliche Verhältnisse vorliegen, anwenden läßt, unter Vermeidung der genanten Nachteile zu vereinfachen und wirtschaftlicher zu gestalten.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß an eine Kante der sich berührenden ebenen Flächen des Keimkristalls und des Ausgangsmaterialplättchens ein Vorrat des im geschmolzenen Zustand als Lösungsmittel dienenden Stoffs gebracht und in einem die ebenen Flächen schräg durchsetzenden, vom Ausgangsmaterial zum Keimkristall abfallenden Temperaturgefälle geschmolzen wird.

Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung des Erfindungsgedankens wird zum Aufwachsen von Siliciumcarbid eine Chromschmelze als Lösungsmittel verwendet.

Dabei hat es sich als besonders günstig erwiesen, als Ausgangsmaterial ein größeres SiC-Plättchen und als Keim ein oder mehrere kleinere SiC-Plättchen zu verwenden.

In vorteilhafter Weise können zum Aufbringen von Schichten eines bestimmten Leitungstyps ent-

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weder der als Lösungsmittel dienenden Schmelze dotierende Substanzen beigegeben oder entsprechend dotierte Ausgangsmaterialien verwendet werden.

Die Erfindung wird anschließend an Hand eines Ausfuhrungsbeispiels näher erläutert.

Die Platte 1 besteht aus einem SiC-Einkristall und hat vollkommen ebene und sorgfältig polierte Flächen. Sie dient, als SiC-Quelle für eine epitaktische Beschichtung des ebenfalls aus einem SiC-Einkristall bestehenden Plättchens 2, dessen zu beschichtende Fläche auf der Platte 1 aufliegt und ebenfalls vollkommen eben und sorgfältig poliert ist. An die Unke vordere Kante des Plättchens 2, die an der Berührungsebene der Platten 1 und 2 liegt, werden Brockchen3 aus reinem Chrom angelegt, die unter der Wirkung eines Wärmefeldes mit einem die Anordnung schräg durchsetzenden, durch den Pfeil 4 angedeuteten Temperaturgradienten geschmolzen werden. Dieser Temperaturgradient weist eine senkrecht ao zur Berührungsebene der Plättchen 1 und 2 Hegende Komponente 4_S und eine parallel zur Berührungsebene der Plättchen 1 und 2 liegende Komponente 4_S auf, die jeweils in Bereiche höherer Temperaturen weisen. Unter der Wirkung der zuletzt genannten Komponente des Temperaturgradienten wandert das geschmolzene Chrom in Richtung dieser Komponente und benetzt, zusätzlich unterstützt durch die Oberflächenspannung des geschmolzenen Chroms, die einander zugekehrten Flächen der Plättchen 1 und 2. Dabei wird an den beiden Flächen SiC gelöst und wandert unter der Wirkung der Komponenten 4_S des Temperaturgradienten in Richtung niedrigerer Temperaturen auf das Plättchen 2 zu, an dessen dem Plättchen 1 zugekehrter Seite eine epitaktische SiC-Schicht abgelagert wird. Die zwischen den Plättchen 1 und 2 befindliche Chromschicht ist sehr dünn, so daß ein Absinken der Konzentration des gelösten SiC am Plättchen 2 sehr schnell durch Nachschub von SiC vom Plättchen 1 ausgeglichen werden kann. Das Verfahren ist außerdem sehr sparsam, da wegen der außerordentlich kleinen Menge an geschmolzenem Chrom nur sehr wenig SiC nach Beendigung der Beschichtung in der Schmelze bleibt. Auch der geringe Bedarf an Chrom, das überdies nicht in der schwer herstellbaren Form dünner Folien, sondern in der billig im Handel zur Verfügung stehenden Form-von Bröckchen benötigt wird, ist ein Vorteil des Verfahrens.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Aufwachsen von Kristallen aus Siliciumcarbid, Bornitrid, Borphosphid, Aluminiumnitrid oder Aluminiumphosphid auf eine ebene, polierte Fläche eines einkristallinen Keimkristalls aus demselben Stoff nach Auflösen eines Ausgangsmaterials aus demselben Stoff, das sich in Form eines einkristallinen, ebenen Plättchens der polierten Keimkristallfläche gegenüber befindet, in einer in einem Temperaturgefälle be-

- findlichen, als Lösungsmittel für den Stoff dienenden Schmelze, dadurch gekennzeichnet, daß an eine Kante der sich berührenden ebenen Flächen des Keimkristalls und des Ausgangsmaterialplättchens ein Vorrat des im geschmolzenen Zustand als Lösungsmittel dienenden Stoffes gebracht und in einem die ebenen Flächen schräg durchsetzenden, vom Ausgangsmaterial zum Keimkristall abfallenden Temperaturgefälle geschmolzen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, insbesondere zum Aufwachsen von Siliciumcarbid, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel eine Chromschmelze verwendet wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 zum Aufwachsen von Siliciumcarbid, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmaterial ein größeres SiC-Plättchen und als Keim ein oder mehrere kleinere SiC-Plättchen verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Chromvorrat dotierende Substanzen beigegeben werden.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3 zum Aufwachsen von (dotiertem Siliciumcarbid, dadurch gekennzeichnet, daß entsprechend dotierte SiC-Plättchen als Ausgangsmaterial verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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