DE1297080B

DE1297080B - Verfahren zum Herstellen duenner Schichten aus metallischen und/oder halbleitenden Stoffen auf einem Traeger

Info

Publication number: DE1297080B
Application number: DE1964S0089627
Authority: DE
Inventors: Dipl-Chem Dr Erhard; Dipl-Chem Dr Julius; Nickl; Sirtl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1964-02-21
Filing date: 1964-02-21
Publication date: 1969-06-12
Also published as: AT253568B; GB1095294A; SE329315B; NL6501271A; CH478922A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum und Träger einen vorzugsweise ringförmigen Ab-

Herstellen dünner Schichten aus metallischen und/oder standhalter anzuordnen.

halbleitenden Stoffen mittels einer chemischen Trans- Das Verfahren gemäß der Erfindung ist für die portreaktion, bei dem in fester Form vorliegendes Herstellung der herkömmlichen Halbleiterbauelemente Material durch ein Reaktionsgas entsprechender Zu- 5 wie Transistoren, Gleichrichter u. dgl. in vorzügsammensetzung in eine gasförmige Verbindung über- licher Weise geeignet. Außerdem ist das Verfahren geführt, im Temperaturgefälle von der Oberfläche für die Herstellung dünner leitender Schichten geeiner aus Ausgangsmaterial bestehenden Vorrats- eignet, wie sie für die Herstellung hochtemperaturscheibe auf die gegenüberliegende Oberfläche einer fester Widerstände u. dgl. benötigt werden, engbenachbarten, mit der Vorratsscheibe in Wärme- io Nähere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der kontakt stehenden, als Träger für die abzuscheidende Beschreibung der F i g. 1 und 2 sowie aus den AusSchicht dienenden heizbaren Unterlage transportiert führungsbeispielen hervor.

und dort unter thermischer Zersetzung der gasförmi- Ih F i g. 1 ist eine zur Durchführung des Verfahrens gen Verbindung niedergeschlagen wird. gemäß der Erfindung geeignete Anordnung dargestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch ge- 15 Diese Anordnung wird zweckmäßigerweise in einem kennzeichnet, daß bei gegebener Arbeitstemperatur Reaktionsgefäß 1 aus Quarz untergebracht. Das durch Einstellung des Reaktionsdruckes auf einen Reaktionsgefäß besitzt die Ventile 2 und 3 zum Einoberhalb eines für das verwendete System spezifischen lassen bzw. Ableiten der Reaktionsgase. Der zu bekritischen Drucks zunächst der Materialtransport von schichtende Körper 4, beispielsweise eine einkristalline der sich auf höherer Temperatur befindenden Unter- 20 Scheibe aus Halbleitermaterial, wird auf einepi lage auf die sich auf niedrigerer Temperatur be- Heizer 5 aus inertem Material angeordnet. Dieser findende Vorratsscheibe erfolgt und daß dann unter Heizer kann entweder durch direkten Stromdurch-Beibehaltung der Arbeitstemperatur durch Erniedri- gang oder induktiv beheizt werden. Als Heizergen des Reaktionsdrucks auf einen Wert unterhalb material wird eine mit einem Übergang aus inertem des kritischen Drucks der Materialtransport um- 35 Material versehene Kohlescheibe verwendet. An gekehrt wird. Stelle der Kohle kann auch Siliciumcarbid verwendet Zweckmäßigerweise wird die Reaktion bei niedrigen werden. Oberhalb des Trägers 4 ist die Vorrats-Drücken, vorzugsweise im Bereich unterhalb von scheibe 6 angeordnet, die entweder aus dem gleichen 10 Torr durchgeführt. Material wie der Träger besteht oder aber aus einem Zur Verwendung als transportierendes Medium 30 anderen Material. Zwischen Träger 4 und Vorratssind die Halogene, wie Chlor, Brom oder Jod, ge- scheibe 6 befindet sich der Abstandhalter 7 aus inereignet. Sie können entweder in elementarer Form als tem Material, der günstigerweise ringförmig aus-Dampf zur Anwendung gelangen oder aber in Form gebildet ist. Die Verwendung des Abstandhalters 7 der entsprechenden flüchtigen Verbindungen der zu ermöglicht eine gleichmäßige Beschichtung mehrerer transportierenden Stoffe. 35 Scheiben im Laufe verschiedener Beschichtungsvor-

Für eine Reihe von Transportsystemen läßt sich gänge.

Halogenwasserstoff mit Erfolg als transportierendes Bei der in F i g. 2 im Ausschnitt gezeigten Anord-Medium verwenden. nung ist der zu beschichtende Träger 4 ebenfalls auf Für andere Systeme, beispielsweise für den Trans- einem Heizer 5 aus inertem Material angeordnet. Es port von Kohlenstoff, ist Schwefel als transportieren- 40 besteht jedoch die Möglichkeit, den Träger selbst des Medium zweckmäßig. direkt zu beheizen. In diesem Fall kommt es lediglich Der Zusatz von Wasserstoff zum Reaktionsgas be- auf die geeignete Ausbildung des Trägers an. Die wirkt bei einigen Transportsystemen eine günstige Vorratsscheibe 6 zeigt bei dieser Ausführungsform Beeinflussung der Reaktionsbedingungen. des Verfahrens gemäß der Erfindung eine Form-Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung können 45 gebung, die es ermöglicht, der epitaktischen Aufsowohl Aufwachsschichten aus Material, das gleich wachsschicht ganz bestimmte geometrische Abdem des Trägers ist, als auch solche, die aus einem messungen zu geben. So können beispielsweise Aufanderen Material bestehen, hergestellt werden. Es wachsschichten in ganz bestimmten Mustern, wie sie kommt hierbei lediglich auf die Beschaffenheit der für verschiedene Bauelemente benötigt werden, her-Vorratsscheibe an. Für die Herstellung von ein- 50 gestellt werden.

kristallinen Schichten ist es notwendig, daß das auf- Die Verwendung der in F i g. 2 dargestellten Anzubringende Material den gleichen Gittertyp sowie Ordnung ist besonders dann vorteilhaft, wenn auf dem eine nur wenig abweichende Gitterkonstante aufweist. Träger nur bestimmte Bereiche mit einer Aufwachs-Zur Abscheidung polykristalliner Schichten können schicht versehen werden sollen, was beispielsweise beliebige Unterlagen aus artfremdem Material will- 55 dann wünschenswert ist, wenn nur bestimmte Bekürlicher Gitterstruktur verwendet werden. reiche mit einer Aufwachsschicht versehen werden Durch die Wahl der Dotierung von Vorratsscheibe sollen, deren Dotierung von der der Unterlage ver- und Träger besteht die Möglichkeit entweder Auf- schieden ist.

wachsschichten mit einer Dotierung, die der des Trä- Die Zahl der für die Anwendung des Verfahrens

gers entspricht, herzustellen oder aber solche Auf- 60 gemäß der Erfindung geeigneten Stoffe ist sehr groß,

wachsschichten, die eine von dem Träger unterschied- So gelingt es beispielsweise bei der Verwendung von

liehe Dotierung aufweisen. Jod als transportierendes Medium außer Silicium,

Weiterhin besteht die Möglichkeit eine Vorrats- Germanium oder Bor auch noch eine Reihe weiterer

scheibe zu verwenden, deren geometrische Ab- Elemente, wie beispielsweise Titan, Zirkon, Hafnium,

messungen so gewählt werden, daß es nur in den 65 Thor, Vanadin, Niob, Tantal, Chrom, Mangan, Eisen,

dafür vorgesehenen Bereichen des Trägers zur Aus- Nickel, Kupfer oder Uran, zu transportieren,

bildung einer Aufwachsschicht kommt. Darüber hin- Die Verwendung von Chlor als transportierendes

aus besteht die Möglichkeit zwischen Vorratsscheibe Medium ist angezeigt bei Zirkon, Tantal, Molybdän,

Wolfram oder Gold. Für den Transport von Oxyden, wie beispielsweise Fe₂O₃, Cu₂O oder NbO, hat sich Chlorwasserstoff als transportierendes Medium als günstig erwiesen. Der Transport von Kohlenstoff schließlich gelingt bei Verwendung von Schwefel als transportierendes Medium.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung wird als Träger eine einkristalline Scheibe aus η-dotiertem Silicium verwendet. Diese wird auf eine beheizte Unterlage, die aus einer Kohlescheibe mit einem Siliciumüberzug besteht und durch direkten Stromdurchgang beheizt wird, aufgelegt. Oberhalb der als Träger dienenden Scheibe wird eine zweite aus Ausgangsmaterial bestehende Scheibe angeordnet. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei beiden Scheiben um η-dotiertes Silicium. Der Abstand zwischen den beiden Scheiben wird durch einen ringförmigen Abstandhalter aus inertem Material eingestellt; er beträgt meist 100 bis 200 μΐη. Zweckmäßigerweise werden als Träger und zum Teil auch ao als »Quelle« mechanisch polierte Einkristallscheiben verwendet. Außerdem werden die Scheiben vor Beginn der Beschichtung etwa 30 Minuten lang bei 1200° C im strömenden Wasserstoff ausgeglüht.

Als Reaktionsgas wird Joddampf oder SiJ₄ verwendet. Der Druck im Reaktionsgefäß wird auf etwa 10 Torr eingestellt. Die Temperaturdifferenz zwischen den beiden gegenüberliegenden Scheibenoberflächen beträgt ungefähr 50° C. Die Temperatur der heißeren Scheibe liegt bei etwa 1150° C.

Die Transportreaktion verläuft bei den eingestellten Reaktionsbedingungen entsprechend der Gleichung

SiJ₄=^=Si+ 4J

Der Transport erfolgt dann von der kälteren zur heißeren Zone hin.

Die Transportreaktion ist druckabhängig. Durch Veränderung des Drucks bei einer gegebenen Arbeitstemperatur läßt sich die Transportrichtung umkehren.

Steigert man den Gesamtdruck im System Si—J über 80 Torr (Temperaturgefälle 1000° C/1100° C) und im System Ti—J über 20 Torr (Temperaturgefälle 1200° C/1300° C), so kehrt sich die Transportrichtung um und verläuft dann von Zonen höherer zu Zonen niedrigerer Temperatur.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen dünner Schichten aus metallischen und/oder halbleitenden Stoffen mittels einer chemischen Transportreaktion, bei dem in fester Form vorliegendes Material durch ein Reaktionsgas entsprechender Zusammensetzung in eine gasförmige Verbindung übergeführt, im Temperaturgefälle von der Oberfläche einer aus Ausgangsmaterial bestehenden Vorratsscheibe auf die gegenüberliegende Oberfläche einer engbenachbarten, mit der Vorratsscheibe in Wärmekontakt stehenden, als Träger für die abzuscheidende Schicht dienenden heizbaren Unterlage transportiert und dort unter thermischer Zersetzung der gasförmigen Verbindung niedergeschlagen wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei gegebener Arbeitstemperatur durch Einstellung des Reaktionsdrucks auf einen oberhalb eines für das verwendete System spezifischen kritischen Drucks, zunächst der Materialtransport von der sich auf höherer Temperatur befindenden Unterlage auf die sich auf niedrigerer Temperatur befindende Vorratsscheibe erfolgt und daß dann unter Beibehaltung der Arbeitstemperatur durch Erniedrigen des Reaktionsdrucks auf einen Wert unterhalb des kritischen Drucks der Materialtransport umgekehrt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion bei niedrigen Drücken, vorzugsweise im Bereich von unterhalb 10 Torr durchgeführt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen