DE1544259A1

DE1544259A1 - Verfahren zum Herstellen von gleichmaessigen epitaktischen Aufwachsschichten

Info

Publication number: DE1544259A1
Application number: DE19651544259
Authority: DE
Inventors: Sirtl Dipl-Chem Dr Erhard
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1965-02-05
Filing date: 1965-02-03
Publication date: 1970-07-09
Also published as: NL6601149A; CH476515A; US3445300A; AT259019B; SE309223B; GB1135111A

Description

Siemens Aktiengesellschaft 8 München 2, den 23JUUw9

Witteisbacher Platz 2

1544259 ^P 1.544.259.8.-43

PA 65/2066 Stg/Fch

Verfahren zum Herstellen von gleichmäßigen epitaktischen Aufwachsschichten.

Die Erfindung "bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von gleichmäßigen epitaktischen Aufwachsschichten aus Halbleitermaterial, insbesondere aus Silicium, durch pyrolytische Zersetzung einer gasförmigen Verbindung des Halbleitermaterials und Niederschlagen des Materials auf einen einkristallinen beheizten, vorzugsweise aus demselben Material bestehenden Träger.

Die Einhaltung einer möglichst engen Toleranz der Schichtdicke bei der Herstellung epitaktischer Aufwachsschichten ist schwierig. Große Schwankungen der Schichtdicke werden insbesondere dadurch verursacht, daß zu Beginn des Abscheidungsvorgangs das Reaktionsgas einen hohen Gehalt an Halbleitermaterial aufweist, was sich vor allem bei Reduktionsvorgängen in Gegenwart überschüssigen Wasserstoffs dadurch störend bemerkbar macht, daß der Abbau nicht an allen Stellen der zur Verfügung gestellten Reaktions- und Abscheidungsflache gleichmäßig erfolgt. Es treten deshalb innerhalb einer Absoheidungsanlage je nach Strömungsprofil und Strömungsrichtung des Reaktionsgasea verschieden starke Ablagerungen auf. Diese können sowohl bei Anwendung mehrerer scheibenförmiger Träger von Träger zu Träger als auch innerhalb der Abscheidungsfläche eines einzelnen Trägers unterschiedlich ausfallen. Versuche, derartige üngleichmäßigkeiten durch besonders konstruierte Düsen bzw. andere die Strömung des Reaktionsgases beeinflussende Vorrichtungen au beheben, sind bislang ergebnislos geblieben.

Die Herat?lltt.Ag gieiohmäfliger epitattischer Aufwacheschichten, die diese Störungen nicht »eigen, gelingt nach am Verfahren gemäß der Erfindung dadurch, daß dem Reaktionegaa &uaätslioh eine die Viskosität erhöhende Komponente zugesetzt wird:» deren Molgewlofet wesfÄtlion gruSer als da» von Waaeeretoff ist, vorzugsweise «in Vielfaches davon beträgt, und da8 eine Komponente gewählt wird, die an der Umsetzung der Heaktietispartner nioht teil-HiMt. rtAGft*d./f*ö4 BAD ORJGINAL

Als Reaktionsgas kann beispielsweise ein Gemisch einer Halogenverbindung oder einer Halogen-Wasserstoff-Verbindung des abzuscheidenden Halbleitermaterials mit Wasserstoff verwendet werden. Für die Herstellung von Siliciumschichten eignet sich beispielsweise Silicochloroform. In jedem Fall bedarf es einer Abstimmung des Molverhältnisses zwischen beiden Reaktionspartnern. Als zusätzliche, die Viskosität erhöhende Komponente eignen sich beispielsweise bei der Reaktionstemperatur inerte Gase, beispielsweise Stickstoff, Argon oder Krypton. Gegebenenfalls können bereits teilweise umgesetzte Restgase einer gleichartigen Abscheidungsreaktion verwendet werden.

Bei der Verwendung von Silicochloroform als gasförmige Halbleiterverbindung hat sich ein molares Mischungsverhältnis von Silicochloroform und Wasserstoff in einem Bereich von etwa 0,01 bis 0,1 als günstig erwiesen. Der Anteil der zusätzlichen Komponente kann dabei etwa 5-50 Mol#, vorzugsweise 20 - 30 Mol#, des eingesetzten Wasserstoffs betragen. Die zusätzliche Komponente kann dem Reaktionsgas entweder von Anfang an beigegeben werden oder, was insbesondere bei der Verwendung von Stickstoff vorteilhaft ist, nachträglich, d. h. insbesondere nach einem vorhergehenden Glühprozeß, hinzugefügt werden.

Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens nach der Erfindung kann dem Reaktionsgas Dotierungsmaterial zugesetzt werden. Die Menge des zugesetzten Dotierungsmaterials kann während des Reaktionsablaufs gegebenenfalls variiert werden.

Das nach dem Verfahren gemäß der Erfindung abgeschiedene Halbleitermaterial eignet sich besonders für die Herstellung von Halbleiterbauelementen, z. B. Transistoren oder Gleichrichter. Durch die gleichmäßige Ausbildung der epitaktischen Schich ten können derartige Halbleiterkörper praktisch ohne Anwendung mechanischer Bearbeitungsvorgänge zur Herstellung von Halbleiterbauelementen weiterverarbeitet werden.

Nähere Einzelheiten der Erfindung gehen aus den an Hand der Figuren 1-5 beschriebenen Ausführungsbeispielen hervor.

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In Pig. 1 ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung dargestellt. In einem Reaktionsgefäß 1 aus Quarz oder Geräteglas ist ein zu beschichtender Trägerkörper 2 aus η-leitendem Silicium untergebracht. Der Trägerkörper 2 wird mittels" eines Heiztisches 3, der über die gasdicht durch die Gefäßwand hindurchgeführten elektrischen Zuleitungen 4 und 5 mittels der Klemmen 6 und 7 mit einer nicht gezeichneten Spannungsquelle verbunden ist, aufgeheizt. Außerdem ist das Reaktionsgefäß mit einer Einlaßöffnung 8 zum Einleiten des Reaktionsgasgemisches und mit einer Austrittsöffnung 9 zum Ableiten der Restgase ausgestattet.

In dieses Reaktionsgefäß strömt in Richtung des Pfeiles 10 ein Reaktionsgasgemisch ein, das aus einer dampfförmigen Halbleiterverbindung sowie aus Wasserstoff und Argon besteht. Im vorliegenden Pail wird Silicochloroform als Halbleiterverbindung verwendet. Es wird durch Verdampfen der flüssigen Verbindung in einem Verdampfergefäß 11 erzeugt, das in einem Temperaturbad 110 untergebracht ist· In das Verdampfergefäß 11 wird Wasserstoff aus einem Vorratsgefäß 13 über ein überdruckventil 130 eingeleitet. Gleichzeitig mit dem Wasserstoff wird aus einem zweiten Vorratsgefäß 14 Argon über ein Überdruckventil 140 eingeleitet. Die Hähne 15 und 16 ermöglichen die wahlweise Zugabe einer der beiden Komponenten des Trägergases. Außerdem befindet sich vor dem Verdampfergefäß eine Kühlfalle 12 zur Beseitigung etwa vorhandener Feuchtigkeit. Mittels der Strömungsmesser 17 und 18 kann die Menge der einströmenden Gase bestimmt werden. Schließlich ist die Anordnung noch mit den Hähnen 19 und 20 ausgestattet, mit deren Hilfe das Reaktionsgefäß geschlossen werden kann.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Gemisch von Silicochloroform und Wasserstoff mit einem Molverhältnis von 0,3 verwendet. Diesem Gemisch werden etwa 25 Mo1$ Argon zugesetzt. Diese Mischung wird im Reaktionsgefäß an der Oberfläche des auf etwa 1130° 0 erhitzten Trägerkörpers 2 zersetzt und dort epitaktisch abgeschieden. Die erhaltene Schicht ist bereits gleichmäßig, d. h. die Schichtdicke ist praktisch von der Strömungsrichtung des Gases unabhängig· Werden an Stelle einer einzelnen Trägersaheibe mehrere Scheiben verwendet, so zeigen diese keine Abweichungen der Schichtdicke· Die Figuren 2 und 3 sowie die Figuren 4 und 5 dienen zur Veranschaulichung dieser Tatsache.

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U 15ΛΑ259

In Fig. 2 ist beispielsweise eine nach der Lehre der Erfindung hergestellte Siliciumscheibe 21 dargestellt. Vergleicht man die Schichtdicke d. und dp, wobei d.. die Schichtdicke an der Seite bedeutet, an der das Frischgas zuerst auf den Trägerkörper gelangt, so ist festzustellen, daß zwischen d. und dp praktisch kein Unterschied besteht, wenn entsprechend der Lehre der Erfindung gearbeitet wurde. Demgegenüber ist die in Fig. 3 dargestellte Halbleiterscheibe 31 nach herkömmlichen Verfahren, d. h. ohne Zusatz eines geeignet bemessenen Anteils einer die Viskosität erhöhenden Komponente hergestellt. Offensichtlich ist zwischen den Abmessungen d^ und d.j₂, die den Abmessungen d. und d₂ in Fig. 2 entsprechen, ein beträchtlicher Unterschied festzustellen: d^ ist erheblich größer als cUp.

Analoge Verhältnisse gelten für die gleichzeitige Abscheidung auf mehreren Trägerscheiben, die in Fig. 4 mit 41, in Fig. 5 mit 51 bezeichnet sind. Fig. 4 zeigt die Verhältnisse, wie sie nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorliegen, während Fig. 5 den Verhältnissen bei den herkömmlichen Verfahren entspricht. Auch hier ist die Überlegenheit des erfindungsgemäßen Verfahrens klar ersichtlich.

Verwendet man an Stelle von Argon Stickstoff, so erhält man ähnliche Resultate, allerdings ist dabei zu bedenken, daß bei Temperaturen, die in der Nähe von etwa 1300 C liegen, Reaktion zwischen Silicium und Stickstoff unter Entstehung von Siliciumnitrid möglich ist. Bei Temperaturen unterhalb 1300° C ist die Gefahr einer Nitridbildung nicht sehr groß, da das bei diesen Temperaturen vorhandene Stickstoffmolekül sehr stabil ist und eine entsprechend hohe Aktivierungsenergie benötigt, um chemisch reagieren zu können. Bei Temperaturen oberhalb 1300° G macht sich die Bildung von Siliciumnitrid sehr störend bemerkbar, da einmal entstandenes Siliciumnitrid durch Temperatursteigerungen nur sehr schwer wieder abgebaut werden kann. Es ist deshalb auch schädlich, wenn auf andere Weise als thermisch aktivierter Stickstoff in das Reaktionsgas gelangt.

Der Zusatz von inerten Gasen mit einem Molgewicht, das erheblich größer als dasjenige von Wasserstoff ist, hat den Vorteil, daß die Viskosität und damit die DiffusionBgeschwindigkeit des Reaktionsgases erheblich herabgesetzt wird. Wesentlich ist dabei, daß das die Viskosität erhöhende Gas an der Umsetzung der Reaktionspartner·

nicht teilnimmt. 009828/1391

BAD ORIGINAL

Claims

Pat ent ans prüohe

1.) Verfahren zum Herstellen von gleichmäßigen epitaktischen Aufwachsschichten aus Halbleitermaterial, insbesondere aus Silicium, durch pyrolytische Zersetzung einer gasförmigen Verbindung des Halbleitermaterials und Niederschlagen des Halbleitermaterials auf einen einkristallinen beheizten Träger aus vorzugsweise demselben Material, dadurch gekennzeichnet, daß dem Reaktionsgas zusätzlich eine die Viskosität erhöhende Komponente zugesetzt wird, deren Molekulargewicht wesentlich größer als das von Wasserstoff ist, und daß eine Komponente gewählt wird, die an der Umsetzung der Reaktionspartner nicht teilnimmt.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Reaktionsgas ein G-emisch aus einer Halogenverbindung des Halbleitermaterials, beispielsweise Silicochloroform, und Wasserfstoff verwendet wird.

3.) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzliche, die Viskosität erhöhende Komponente Argon oder Stickstoff oder Krypton verwendet wird.

4.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgas aus einem Gemisch aus Silicochloroform, Wasserstoff und einer Inertgaskomponente besteht, wobei das molare Mischungsverhältnis von Silicochloroform zu Wasserstoff zwischen 0,01 und 0,1 liegt.

5.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der zusätzlichen, die Viskosität erhöhenden Komponente etwa 20 - 30 MoI^ des eingesetzten Wasserstoffs beträgt*

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