DE1444525C - Verfahren zum Herstellen einer Halblei teranordnung - Google Patents

Description

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Ein bekanntes Verfahren zum epitaktischen Ab- überliegende ebene Oberfläche des Trägerkörpers scheiden einkristalliner Halbleiterschichten auf einer ' übertragen wird und ist dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat dienenden Halbleiterscheibe aus dem die der zu beschichtenden Trägeroberfläche gegengleichen einkristallinen Material unter Verwendung überliegende Oberfläche des scheibenförmigen Träeines den Halbleiter abscheidenden Reaktionsgases 5 gerkörpers vor Beginn der Abscheidung mit einer sieht vor, die zu beschichtende Substratscheibe auf Abdeckplatte oder einer Abdeckschicht aus für das eine aus inertem Material bestehende beheizbare Reaktionsgas undurchlässigem Material abgedeckt Unterlage aufzulegen, die Unterlage zum Zwecke der wird.

Abscheidung auf die erforderliche hohe Temperatur Um also während des Verfahrens eine Abtragung

zu bringen und gleichzeitig die Substratscheiben in io der von der Unterlage abgewandten Seite des HaIb-Kontakt mit einem sowohl zur Auflösung als auch leiterkörpers zu verhindern, wird eine inerte plane zur Abscheidung des betreffenden Halbleitermaterials Abdeckung der Siliciumoberfiäche vorgesehen,
befähigten Reaktionsgas zu halten. Dabei besteht die Diese Abdeckung kann bei Temperaturen unterhalb

Unterlage aus dem abzuscheidenden, insbesondere 1000° C z. B. aus einer Quarzscheibe bestehen, wähpolykristallinen Material, z. B. Silicium, welches sich 15 rend bei höheren Temperaturen beispielsweise SiIibei den angegebenen Bedingungen durch die Einwir- ciumkarbid, Bornitrid oder Aluminiumoxyd (z. B. kung des Reaktionsgases infolge Transportreaktion Saphir) vorzuziehen ist. Bei dieser Art der Abdeckung auf die — im Vergleich zur Unterlage etwas küh- erfolgt dann lediglich am Scheibchenrand eine leichte lere — Unterseite der Substratscheiben überträgt.' Abtragung. Um auch diese zu verhindern, können Das Reaktionsgas besteht vorwiegend aus einem 20 die Scheibchen auch vorher mit einer gasdichten Element der Halogengruppe oder aus einem Halo- Oxyd- bzw. Karbidschicht überzogen werden, wobei genid des zu transportierenden Halbleiterstoffes. Es insbesondere nur die der Unterlage zugewandte Seite bestehen allerdings noch zahlreiche weitere Möglich- des Halbleiterkörpers frei gelassen wird. Die Abkeiten. Gegebenenfalls wird dabei das den Transport deckung der freien Scheibchenoberfläche kann, vor bewirkende Reaktionsgas durch Zusatz eines inerten 25 allem bei Silicium, durch Reaktion der Halbleiter-Gases, wie z. B. Argon, oder durch Unterdruck ver- oberfläche mit Sauerstoff bzw. Wasserdampf erfolgen, dünnt. Das Verfahren wird vorteilhafterweise bei wobei sich eine gasdichte Oxydschicht, die aus dem strömendem Reaktionsgas durchgeführt, obwohl auch Oxyd des Halbleitermaterials besteht, bildet. Durch mit einem abgeschlossenen System gearbeitet werden Einwirkung von CH„C1<, auf die Oberfläche eines kann. Es empfiehlt sich außerdem, die Wand des zu 30 Siliciumkörpers entsteht "eine dünne, gasdichte SiIiverwendenden Reaktionsgefäßes auf einer niedrigeren ciumkarbidschicht.
Temperatur als die der Substratscheiben zu halten. Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im fol-

Daß den Transport bewirkende Reaktionsgas besitzt genden an Hand der Figuren und einiger Ausfühim allgemeinen bei den für die Abscheidung in Be- · rungsbeispiele erläutert.

tracht kommenden Temperaturen mehr die Neigung, 35 In der F i g. 1 ist auf einem Heizer 3, der z. B. das vorgegebene Halbleitermaterial aufzulösen als es durch ein mit einem Siliciumkarbidüberzug versehenes abzuscheiden, so daß die Abscheidung durch einen Kohlebreit gebildet und durch direkten Stromdurch-Kunstgriff, nämlich durch die Aufrechterhaltung eines gang aufgeheizt wird, die Unterlage 2, die aus dem zu Temperaturgefälles zwischen Unterlage und Substrat transportierenden Halbleiterstoff besteht und polysowie durch Anwendung eines kleinen sowie nur 40 kristallin oder einkristallin ist, angeordnet und wird wenige μ betragenden Abstandes zwischen Substrat indirekt auf die für den Gastransport notwendige und Unterlage erzwungen werden muß. Deshalb tritt ' Temperatur erhitzt. Mit wachsender Temperatur bei solchen Reaktionen, wie auf Grund der zu der nimmt der Partialdruck des den Halbleiterstoff transErfindung führenden Überlegungen und Unter- portierenden Subhalogenids zu, und damit steigt auch suchungen erkannt wurde, Angriff des Reaktions- 45 die Menge des in der Zeiteinheit transportierten Halbgases an der Rückseite der Substratscheiben ein. Eine loitsrstoSes an. Je nachdem, welche Zeit für die Abderartige Wirkung ist jedoch aus zwei Gründen un- scheidung einer Schicht bestimmter Dicke erwünscht erwünscht, vor allem wenn es sich darum handelt, ist, werden die Temperatur der Unterlage und der durch das epitaktische Verfahren pn-Übergänge oder. ,..Partialdruck des Halogens bzw. Halogenids eingesonstwie bezüglich ihrer Dotierung von der der 50 stellt. Der auf seiner Unterseite zu beschichtende, Substratscheiben unterschiedliche Halbleiterzonen insbesondere einkristalline Halbleiterkörper ist mit 1 aus der Gasphase niederzuschlagen. Das an der bezeichnet. In dem Zwischenraum 4 zwischen UnterRückseite der Substratscheiben gelöste dotierte Halb- lage 2 und Halbleiterkörper 1 findet die Transportleitermaterial kann nämlich gegebenenfalls an der . reaktion statt.

Vorderseite der Substratscheiben wieder abgeschie- 55 Die ganze Anordnung befindet sich in einer wasserden werden, so daß hierdurch Fälschung der Dotie- stoff- bzw. halogenwasserstofffreien, reines Halogen rung stattfindet. Außerdem istiür die Weiterverarbei- · und/oder Halogenid enthaltenden Gasatmosphäre,
tung der zu beschichtenden Scheiben erwünscht, Um die Abtragung des Halbleiterkörpers 1 wäh-

wenn diese eine glatte ebene Oberfläche aufweisen. rend seiner Beschichtung auf der Unterseite durch Es ist Aufgabe der Erfindung, diesen Nachteil des 60 die Transportreaktion zu verhindern, wird eine Abbekannten Verfahrens zu vermeiden. deckplatte 7 auf den Halbleiterkörper 1 aufgelegt.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Um die Epitaxialbeschichtung des einkristallinen

Herstellen einer Halbleiteranordnung unter Abschei- Halbleiterkörpers 1 mittels der Transportreaktion zu dung einer einkristallinen Halbleiterschicht aus der gewährleisten, muß die zu beschichtende Fläche, also Gasphase auf einem halbleitenden Trägerkörper, bei 65 die der Unterlage zugewandte Fläche des Halbleiterdem das abzuscheidende Halbleitermaterial durch körpers 1 planpoliert sein. Es ist auch empfehlens-Transportreaktion von der ebenen Oberfläche eines wert, die Oberseite des Plättchens plan zu polieren, als Quelle dienenden Halbleiterkörpers auf die gegen- wenn diese möglichst unangegriffen bleiben soll. Die

Abdeckplatte 7 ist dann auf ihrer den Halbleiterkörper zugewandten Seite ebenfalls plan, und es kann dann an dieser Fläche des Halbleiterkörpers keine Abtragung im Sinne der im Zwischenraum 4 stattfindenden Hauptreaktion erfolgen. In vielen Fällen genügt jedoch auch eine geläppte Oberseite des Halbleiterkörpers 1.

Die abzutragende Unterlage soll eine Mindestrauhigkeit von etwa 3 bis 5 μπι aufweisen, damit einerseits das Reaktionsgas in den Zwischenraum zwischen Unterlage und Halbleiterkörper in genügendem Maße eindiffundieren kann und andererseits ein merklicher Temperatursprung beim Wärmeübergang von der Unterlage her entsteht.

Durch Verwendung einer Unterlage mit vom Halbleiterkörper verschiedener Leitfähigkeit und/oder verschiedenen Leitungstyps können Übergänge zwischen Schichten verschiedener Leitfähigkeit und/oder verschiedener Leitungstyps, also pn-Ubergänge hergestellt werden.

Da die Dotierung der auf der Unterseite des Halbleiterkörpers aufwachsenden Schicht hier im wesentlichen durch die Dotierung der Unterlage bestimmt ist, können auch mehrere des in F i g. 1 dargestellten Systems im gleichen Reaktionsgefäß angeordnet und je nach Wahl der Dotierung der Unterlagen gleichzeitig auf den verschiedenen Halbleiterkörpern Schichten verschiedener Dotierung abgeschieden werden.

Die Anwendung eines Transportmediums von schwach abtragender Zusammensetzung im ganzen Reaktionsraum und nicht nur in der Reaktionszone zwischen Unterlage und Halbleiterkörper hat den Vorteil, daß auch bei strömendem Reaktionsgas die Abscheidung des Halbleiterstoffes auf die der Unterlage zugewandten Seite des Halbleiterkörpers beschränkt wird, während eine Abscheidung auf dem Heizer selbst verhindert wird.

In F i g. 2 ist in ein mit Gaseintritt 10 und Gasaustritt 11 versehenes, z. B. aus Quarz bestehendes Reaktionsgefäß 15 ein Quarzrohr 19 eingeführt. Ein Kohleformkörper 14 ist mit einem Sinterkorundstab 13 verbunden und wird mittels einer Schraubenfeder 12 gegen den Boden 20 des Quarzrohres 19 gedrückt. Die HF-Induktionsspule 9 dient zum Aufheizen des Kohlekörpers 14. Innerhalb des Reaktionsgefäßes 15 werden auf dem Boden 20 des Quarzrohres 19 ein oder mehrere Systeme gemäß F i g. 1 angeordnet.

Um den Halbleiterkörper mit Silicium zu beschichten, wird in das Reaktionsgefäß (F i g. 2) ein Gasgemisch, das aus 10 Volumprozent SiCl₄ und 90 Volumprozent Argon besteht, eingeleitet und die Unterlage aus Silicium auf 1200° C erhitzt. Der SiIiciumtransport zur Unterseite des Halbleiterkörpers, der z. B. ebenfalls aus Silicium besteht, erfolgt nach der Gleichung

Zur Beschichtung des Halbleiterkörpers mit Galliumarsenid wird in das Reaktionsgefäß (F i g. 2) ein aus 10 Volumprozent J., und 90 Volumprozent Argon bestehendes Gasgemisch eingeleitet und die Unterlage aus GaAs auf 800° C aufgeheizt. Der Halbleiterkörper besteht aus Galliumarsenid oder aus Germanium. Nach der Gleichung

hohe Temperatur

GaAs + Va Js

GaJ -1- V₄ As₄

tiefe Temperatur

wird das Galliumarsenid über Galliumsubjodid und Arsendampf transportiert. Um eine Schicht von 10 μ Dicke abzuscheiden, beträgt die Abscheidedauer wieder etwa 5 Minuten.

Zur Abscheidung von Zinksulfid auf einen Halbleiterkörper, der ebenfalls aus Zinksulfid oder aus Silicium besteht, wird ein Gasgemisch, das aus 15 Volumprozent J₂ und 85 Volumprozent Argon besteht, in das Reaktionsgefäß (F i g. 2) eingeleitet. Der Transport von der aus Zinksulfid bestehenden Unterlage, die auf 1000° C erhitzt wird, auf die Unterseite des zu beschichtenden Halbleiterkörpers erfolgt nach der Gleichung

hohe Temperatur

Zn S+ V₂ J,

tiefe Temperatur

"*" ZnJ + V₄S₄

Um eine Schicht von 15 μ Dicke abzuscheiden, beträgt die Abscheidedauer etwa 10 Minuten.

Bei der Anwendung des Verfahrens zur Beschichtung von Halbleiterscheiben durch A₁₁₁By bzw. A_nBy₁ oder ähnlichen halbleitenden Verbindungen ist es günstig, wenn die Temperatur im Reaktionsgefäß möglichst an keiner Stelle geringer ist, als die Kondensationstemperatur des frei werdenden Nichtmetalls bzw. des auftretenden Halogenids. Um dies zu erreichen, kann man z.B. das Reaktionsgefäß mit einem Reflektor aus Aluminium umgeben. Dieser Aluminiumreflektor soll die Quarzwände durch die Strahlungswärme genügend heiß erhalten, damit sich das Nichtmetall der Verbindung nicht an den Gefäßwänden kondensiert.

Im allgemeinen muß der Abscheidungsreaktion zur Oberflächenreinigung ein Ausglühprozeß im Vakuum oder in H.,-Atmosphäre vorangehen.

hohe Temperatur

Si + SiCL

2 SiCL

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tiefe Temperatur

über das Siliciumsubchlorid, das an Stellen tieferer Temperaturen, also an der Unterseite des Halbleiterkörpers unter Abscheidung von Silicium wieder zu SiCl₄ umgesetzt wird. Um eine Schicht von 10 μ Dicke abzuscheiden, beträgt die Abscheidedauer etwa 5 Minuten.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung unter Abscheidung einer einkristallinen Halbleiterschicht aus der Gasphase auf einem halbleitenden Trägerkörper, bei dem das abzuscheidende Halbleitermaterial durch Transportreaktion von der ebenen Oberfläche eines als Quelle dienenden Halbleiterkörpers auf die gegenüberliegende ebene Oberfläche des Trägerkörpers übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die der zu beschichtenden Trägeroberfläche gegenüberliegende Oberfläche des scheibenförmigen Trägerkörpers vor Beginn der Abscheidung mit einer Abdeckplatte oder einer Schicht aus für das Reaktionsgas undurchlässigem Material abgedeckt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abdeckplatte bzw. Ab-

deckschicht aus dem Karbid oder dem Oxyd des Halbleitermaterials verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckplatte wenigstens auf der dem Halbleiterkörper zugewandten Seite aus Siliciumcarbid oder Quarz besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen