DE1282613B

DE1282613B - Verfahren zum epitaktischen Aufwaschen von Halbleitermaterial

Info

Publication number: DE1282613B
Application number: DEJ27224A
Authority: DE
Inventors: Arnold Reisman
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1963-12-31
Filing date: 1964-12-24
Publication date: 1968-11-14
Also published as: US3297501A; FR1419209A; AT261675B; GB1056919A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

BOIj

Deutsche KL: 12 g-17/32

Nummer: 1282 613

Aktenzeichen: P 12 82 613.0-43 (J 27224)

Anmeldetag: 24. Dezember 1964

Auslegetag: 14. November 1968

Das Aufwachsen von Germanium- und Silicium-Halbleiter-Einkristallen aus der Gasphase erfolgt entweder durch Disproportionierung oder durch Reduktion gasförmiger Verbindungen. So wird beispielsweise eine Germaniumverbindung von der Form GeX₂, wobei X ein Halogen wie Cl₂, I₂, Br₂ usw. ist, bei einer hohen Temperatur gebildet und bei einer tieferen Temperatur disproportioniert, wobei eine der dabei frei werdenden Substanzen Germanium ist.

Es ist aber auch möglich, eine Germaniumverbindung von der Form GeX₄, wobei Cl₂, I₂ oder Br₂ sein kann, zu bilden, die bei Zimmertemperatur stabil ist und die verflüchtigt mit einem Einkristall in Gegenwart von H₂ bei höheren Temperaturen in Berührung gebracht wird, wobei das Tetrahalogenid reduziert und das Germanium abgeschieden wird.

Die angegebenen Verfahren sind in großem Ausmaß angewendet worden, die erzielten Ergebnisse konnten aber nicht befriedigen, da die Schärfe der erzielten pn-Übergänge und die Qualität der gewachsenen ao Einkristalle, insbesondere bei größeren Schichtdicken, schlecht waren. Insbesondere machte sich das Ätzen der Keime und der schon gewachsenen Schichten durch die Tetrahalogenide außerordentlich störend bemerkbar.

Um die oben angeführten Nachteile der bekannten Verfahren zu vermeiden, wird bei einem Verfahren zum epitaktischen Aufwachsen von Halbleitermaterial durch thermische Zersetzung eines Halbleiterhalogenid, Wasserstoff und gegebenenfalls Helium enthaltenden Reaktionsgases und Niederschlagen des Halbleitermaterials auf ein erhitztes Substrat erfindungsgemäß das Reaktionsgas vor dem Überleiten über das Substrat durch ein Bett aus aufzuwachsendem Halbleitermaterial geleitet, das auf eine Temperatur erhitzt wird, die unterhalb der Temperatur des Substrats liegt.

Das aufzuwachsende Halbleitermaterial kann hierzu in einer Reaktionssäule angeordnet sein. Die Temperaturen der Reaktionssäule und des Keims können für Germanium zwischen 300 und 480⁰C bzw. 750 und 920°C und für Silicium zwischen 800 und 980° C bzw. 1050 und 1250⁰C liegen.

Da die Halbleiterhalogenide sich in bezug auf eine kondensierte Phase des Halbleitermaterials in einem Gleichgewicht befinden, wenn sie aus der Reaktionskolonne austreten, können sie nicht mit dem Substrat reagieren, sondern werden reduziert. Dies hat zur Folge, daß ein Ätzen der Unterlage und die Aufnahme der Ätzprodukte in die aufzubringende Schicht fast vollständig ausgeschlossen wird. Weiterhin ist die zur Reduktion erforderliche Temperatur im allgemeinen niedriger als üblich.

Verfahren zum epitaktischen Aufwaschen von
Halbleitermaterial

Anmelder:

International Business Machines Corporation,
Armonk, N.Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Phys. H. Preisher, Patentanwalt,

7030 Böblingen, Sindelfinger Str. 49

Als Erfinder benannt:

Arnold Reisman,

Yorktown Heights, N.Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 31. Dezember 1963
(334 859)

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren gewachsene epitaktische Schichten z. B. aus Silicium und Germanium dienen zur Herstellung von Transistoren und Dioden, welche in logischen Schaltkreisen für Computer und in nachrichtentechnischen Anordnungen Verwendung finden können.

Die Erfindung wird anschließend an Hand der Figur näher erläutert.

Verfahren A

Reines Helium wird durch die Leitung 1 und durch flüchtige Germanium- oder Siliciumhalogenide oder reine Halogene 2, vorzugsweise SiCl₄, GeCl₄, Cl₂, I₈, Br₂, GeBr₄, GeI₄, SiBr₄, SiI₄, geleitet.

Der gesättigte, das Halbleiter-Halogenid oder das reine Halogen enthaltende Gasstrom wird durch die Silicium- oder Germanium enthaltenden Kolonnen 3 geleitet. Die Temperaturen liegen beispielsweise für Germanium zwischen 290 und 45O⁰C und für Silicium zwischen 700 und 98O⁰C. Die Gase treten weiter durch einen Gaszerstreuer 10 in die innere Düse 4 und werden mit gereinigtem H₂ vermischt, das durch die Leitung 5 in die Reaktionskammer 7 durch die äußere Düse 6 eintritt. Die aus den Düsen 4 und 6 austretenden Gase vermischen sich und weisen einen Halbleiteranteil in der Gasphase zwischen 0,25 und 1 Molprozent auf. Die vermischten Gase werden über das erwärmte Substrat 8 geleitet, das auf dem aus Silicium oder Germanium bestehenden

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und induktionsgeheizten Träger 9 liegt. Das Substrat weist für Germanium eine Temperatur von 500 bis 920° C und für Silicium eine Temperatur von 1050 bis 1250° C auf. Die Reduktion der Gase findet im Bereich des Substrats und des Trägers statt, wobei der erstere als Keim für das epitaktische Wachstum von aus der Gasphase durch Reduktion entstehendes Silicium oder Germanium dient.

Die Silicium oder Germanium enthaltende Reaktionskolonne oder Reaktionssäule und die Reaktionskammer werden durch die Widerstandswicklungen 11 erhitzt, während der Keim und der Träger auf eine etwas höhere Temperatur durch die Induktionsspule 12 erwärmt werden. Die Temperatur des Trägers wird durch ein in der Öffnung 14 untergebrachtes Thermoelement überwacht, während die flüchtigen Reaktionsprodukte durch die Auslaßöffnung 13 ausgestoßen werden.

Verfahren B

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Bei geschlossenem Ventil 1 in der Heliumleitung wird H₂ gleichzeitig durch die Halogenquelle 2, die Reaktionskolonne 3 und die Düse 6 in die Reaktionskammer geleitet. Die übrigen Verfahrensschritte sind die gleichen wie beim Verfahren A.

Bei Verwendung eines der beiden oben angegebenen Verfahren und bei einer Halbleiterkonzentration von 0,5 Molprozent und einer Gesamtdurchflußmenge von 1 l/Min, wird die Wachstumsgeschwindigkeit von Germanium und Silicium bei einem Keimdurchmesser von etwa 12 mm zwischen 0,1 und 0,5 μ/ Min. liegen.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum epitaktischen Aufwachsen von Halbleitermaterial durch thermische Zersetzung eines Halbleiterhalogenid, Wasserstoff und gegebenenfalls Helium enthaltenden Reaktionsgases und Niederschlagen des Halbleitermaterials auf ein erhitztes Substrat, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgas vor dem Überleiten über das Substrat durch ein Bett aus aufzuwachsendem Halbleitermaterial geleitet wird, das auf eine Temperatur erhitzt wird, die unterhalb der Temperatur des Substrats liegt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 865 160;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1 048 638.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 637/1255 11.68 © Bundesdruckerei Berlin