DE1544233A1 - Epitaxial-Aufwachsverfahren fuer Halbleiterkristalle - Google Patents

Description

• Enttezial-Aufwaohsverfahren für

  Ha@.ble t@"erkrie talk

  Die Erfindung betrifft ein Epitaaial-Aufwacheverfahren für Halbleiterkristalle. Bei solchen Verfahren läßt man einen Halbleiterkristall aUf der Oberfläche eines als Unterlage dienenden Ealbleitereinkristalle wachsen. Dies kann durch Aufdampfen von Halbleitermasse oder mittels einer chemischen Reaktion geaohehen,@ welche durch chemischen Abbau, Waanerstoffreduktiorn eines Stoffen oder dirgl. Halbleitersubstanz ergibt.

  Epita:iale Kristallsüohtung wird oft bei der Herstellung von

  Halbleitereiskristallen oder Transistorpillen angewandt. Die

  gewachsene Einkristallsohicht enthält jedoch verschiedenartige

  Störstellen. Obgleich diese Störstellen durch Regeln der Waohe-

  tumebedingungen, wie Wachatumegenohwindigkeit, Temperatur, Zu-

  stand der Unterlage, der Oberfläche u.ä., weitgehend vermieden

  werden können, ist es bis jetzt schwierig gewesen, abnormales

  Kristallwachstum zu verhindern.

  Es ist daher ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Er$ielund

  des epitaucialen Wachstum» eines Halbleiterkristalle, $.E. eines

  Halbleu stallen oder einer Transistorpille zu schaffen,

  welche keine ?isehaugenatöretellen zwischen den abnormen Kristalle.

  enthält, die sonst in der durch epitazisles Wachstum gebildeten

  Einkrietalleohioht wachsen würden.

  Bei einem bekannten Verfahren, epitaziales Wachstum eines Halbleiterkristalle zu erreichen, wurde ein Einkristall als Unterlage verwandt, der mit einer nach Miller versehen war, die mit einem Diamanteohneidwerkzeug ausgeschnitten wurde. Aue dieser 8ioht sind Versuche zur Verhinderung abnormen Kristallwachstuae nur in die Richtung gegangen, die Fläche genau in die (111 )-hene zu legen. Des weiteren wird in der Zeitschrift "Journal of the Eleotroehenioal ßooiety", 19619 3. 108 mitgeteilt, daß man einen die Unterlage bildender Siliziumeinkrietall erhalten kann, in-

  dem man chemisch die l'remdkörper und Störstellen des Bilisium-

  einkr J stallkörpers auf der Oberfläche abbaut, die als Keim-

  quellen wirken. Der Kristall wird dann in eine Einrichtung für

  epita:ißles Wachstum gebracht und darin einer Mischung aus

  ' Wasserstoff und 1 Mol % Silisiumtetraohlorid ausgesetzt,

  welche mit 0,4 dm3/min bei einer Temperatur von 1200 C auf den

  Einkristallkörner aufuebraoht wird.

  Die Erfindung beruht auf der unerwarteten Tatsache, daE, ent-

  gegen der allgemeinen Erwartung, die Entstehung von Fieohaugen-

  etöretellen vermieden werden kann, wenn die Oberfläche den die

  Unterlage bildenden Ralbleitereinkrietalls in einen Winkel von

  mehr als zwanzig Minuten zur (111)-Ebene 111 gebracht wird.

  Dementsprechend besteht die Erfindung darin, daß bei einem

  Epita:ial-lufwaohsverfahren für Halbleitereinkrintalle als

  Unterlage ein Halbleitereinkristall verwendet wird, der mit

  einer Oberfläche versehen wurde, die einen Winkel Ton mehr als

  20 Minuten mit der (111)-fläohe bildet.

  In folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispiels-

  weise erläutert.

  leg. 1 stellt die teilgesobnittene Aufeioht eines die Unterlage

  bildenden Halbleitereinkristalls dar, wie er im allge-

  meinen beim epitazialen Aufwachsen einen Halbleiter-

  kriotalls benutzt wird und zwar mit einer Halbleiter-.

  einkristallsohioht, die sich auf einer Oberfläche der

  Unterlage gebildet hat.

  leg. 2 iet-ein senkrechter Schnitt nach Linie 2 - 2 in Fig. 1.

  ,?1&. 3 zeigt die die Bedeutung der Erfindung veraxuohauliohenden

  Yereuohaergebnisee.

  gemäß Pig. 1 und 2 ist eine Halbleitereinkrietallsohioht 15 durch

  epitaxialee wachsen au! der bearbeiteten Oberfläche 12 eines die

  Unterlage bildenden Halbleitereinkrietalle 11 gebildet worden, '

  der auf einer Grundplatte 13 ruht, so daß die-Oberfläohe 12, die

  so bearbeitet wurde, daß sie in der (111)-Fläche liegt, nach

  oben weist. Au= der Oberfläche der Ralbleitereinxristallsohicht

  15 breitet sich eine atomare flache Oberfläche 16 aus, die nch-

  weislioh nähertmgeweine die (111)-Fläche der Halbleiterein-

  kristallechicht 15 ist und entelind, weil das Kristallwachstum

  an der (111)-Fläche erfolgte, wo/Krlatallgitter vom Diamanttyp

  die Atomdichte am größten und daher die Geschwindigkeit des

  äristallwachatums am kleinsten ist. Es ist jetzt erkannt worden,

  daß sich die flache Oberfläche 16 ausweitet, wenn die bearbeitete

  Oberfläche 12 den die Unterlage bildenden Halbleitereinkristalle

  11 näher an der (111)-Fläche liegt und daß auf der flachen flber-

  tläohe 16 jene abnormen Eristallxelme 17 auftreten, um deren

  jeden eine hieohaugenetöretelle 18 in Form eines Fischen wächst,

  in welchem der abnome Kxletallkeim 17 wie das Auge aussieht.

  3e war sehr nohwieri,g, diese Störstellen oder Fremdkörper ganz

  abzubauen, die sich in der bearbeiteten Oberfläche 12 -den Ha1.b-

  leitereinkxa.etalle 11 befinden und als Keimquellen 17 für die

  abnormen äristallkeims 17 dienen. Es ist auch erkannt wo,

  daß die Wahrscheinlichkeit, daß eine solche Kahnquelle 17' auf

  der Oberfläche der wachsenden Nalbleitereinkristalleahioht 15

  einen abnormen Kris tallka fa bildet, in hohem Naße von der

  Orientierung des die Unterlage bildenden Halbleitereinkrietalle

  abhängt.

  im einzelnen ist jetzt erkannt worden, dvEJ, wann der Winkel

  zwischen der bearbeiteten Oberfläche 12 und der flachen Ober-

  f19ohe 16 klein ist, sich die Fialbleite-atome um die Keim-

  quellen 171 herum auf der bearbeiteten Oberfläche 12 ansetzen,

  und den abnormen Kristallkeim 17 bildfri, und daB zur gleichen

  Zeit in sieh benachbarten Oberflächenteilen Piaohaugena töretellen

  18 gebildet werden, welche die Umtan,slinie 19 der flachen

  Oberfläche 16 entstehen lassen infolge der Tatsache, daß die

  Halbleitereinkristallaohiaht 15 im Bereich der flachen Ober-

  fläche 16 langsamer und zu geringerer Schichtdicke anwächst als

  der verbleibende Teil.

  Gemäß gig. 3, worin auf der Abszisse der Winkel A zwischen der

  bearbeiteten Oberfläche 12 und der (111)-Fläche und auf der

  Ordinate die Anzahl N der auftretenden Fischaugenetörstellen 18

  aufgetragen ist, zeigt sich die unerwartete Tatsache, daß die

  Zahl N, während sie bei einem 30 Minuten übersteigenden Winkel 6

  im wesentlichen gleich Null ist, plötzlich wächst, wenn der

  Winkel 8 unter einen Wert von 15 Minuten fällt; dies ist in

  Fig. 3 für einen Fall dargestellt, in welchem das epita=Zale

  Aufwachsen einer Silizium-Halbleitereinkristalleehicht 15 mittels

  der mit Wasserstoff sui' der bearbeiteten Oberfläche 12 einer

  Silizium-Halbleitereinkristallunterlage durchgeführt wird. Dem-

  entsprechend sieht das erfindungsgemäße Epitazial-Aufwaohaver-

  fahren von Ralbleitereinkristallen vor, daß der Winkel (>-größer

  als 20 Minuten gemacht wird.

  Es ist natürlich möglich, als HalbleitereinkM.ata11-Unterlage

  einen Silizium-Einkristall zu verwenden, der n-Dotierung ent-

  hält, das Siliziumtetraohlorid gegen eine andere einfache ,oder

  legierte Halbleitersubstanz auszutauschen, welche entweder

  aufgedampft wird oder vorzugsweise einer chemischen Reaktion,

  z.B. thermischen Abbau und einer Wasserstoffreduktion unterworfen

  wird, um so das epita=ials Wachatum eines Kristalls aus der

  Halbleitersubstanz herbeizuführen, sowie das epitaiiale Wachstum

  unter verschiedenen Bedingungen hinsichtlich der Temperatur

  und den Oasatr«raüszuführen.

  Der Ausdruck (111)-fläohe, der in der Beqchreibung und im Anspruat

  Verwendung findet, soll.auch die (1T1)- und die (11-1)-ir'lgche

  einschließen.

Claims (1)

1. Patentand,.pruoh Epitaxial-Autwaohsverfahren für Halbleiterkristall, dadurch gekennzeichnet, daß als Unterlage ein Halbleitereinkristall verwendet wird, der mit einer Oberfläche versehen wurde, die einen Winkel von mehr als 20 Minuten mit der (111)-Fläche bildet.