DE1544261C3 - Verfahren zum epitaktischen Abscheiden einer einkristallinen Schicht eines nach dem Diamant- oder nach Zinkblendegitter kristallisierenden Halbleitermaterials - Google Patents

Verfahren zum epitaktischen Abscheiden einer einkristallinen Schicht eines nach dem Diamant- oder nach Zinkblendegitter kristallisierenden Halbleitermaterials

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Description

3 4
mit kleinen Millerschen Indizes. Als Abscheidungs- stellt. Der aus MgO ■ Al2O3- oder MgO · Cr2O3-Spinell
fläche kann z.B. eine (lll)-Fläche oder eine (10O)- bestehende Substratkörper ist mit7, die abgeschiede-
Fläche des Spinells verwendet werden. Die epitakti- nen Halbleiterschichten vom Typ npn- oder pnp mit
sehe Abscheidung wird im übrigen grundsätzlich in 8, 9 und 10 bezeichnet. Die Schichten können in üb-
der gleichen Weise wie die Epitaxie bei Verwendung 5 licher Weise, z. B. durch lokalisiertes Ätzen und An-
eines Substrats aus Silicium oder Germanium vorge- bringen von Elektroden an die Zonen 8, 9 und 10
nommen. Dasselbe gilt für die zu verwendende Ap- weiter verarbeitet werden.
paratur, so daß in dieser Beziehung keine weiteren Die Erfindung ist auch für die Herstellung von inAusführungen erforderlich sind. tegrierten Schaltungen von Bedeutung, da sich in den Somit kann sich das an Hand der Fig. 1 zu be- ίο abgeschiedenen Halbleiterschichten ohne Weiteres schreibende Ausführungsbeispiel auf das Notwendig- die für solche Halbleitervorrichtungen erforderlichen ste beschränken. Die aus einkristallinen Al9O3 · MgO Strukturen erzeugen lassen. So können z. B. durch oder MgO · Cr2O3 bestehenden Substratscheiben 1 lie- bis zum Substrat vorgetriebene Ätzgräben in den epigen mit einer Flachseite auf einer durch direkten taktischen Halbleiterschichten voneinander getrennte Stromdurchgang zu beheizenden und mit SiC überzo- 15 Halbleiterinseln erzeugt werden, die unter Anwengenen Brücke 2 aus Kohle auf. Diese befindet sich in dung der in der Halbleitertechnik üblichen Dotieeinem aus Quarz bestehenden Reaktionsgefäß 3, wel- rungs- und Kontaktierungsprozesse zu verschiedenen ches mit einer Vorrichtung für die Versorgung mit Elementen einer integrierten Schaltung vervollstänfrischem Reaktionsgas und einer Vorrichtung für die digt werden. Ein Beispiel wird an Hand der F i g. 3 Abführung des verbrauchten Gases versehen ist. Die 20 beschrieben.
Zuführung des frischen Gases ist mit 4, der Abzug Auf dem aus einem der genannten einkristallinen mit 5 bezeichnet. Die Beheizung der Unterlage 2 er- Spinelle bestehenden Substratkörper 11 ist sowohl folgt mittels einer Stromquelle 6. Beim Betrieb der ein Transistorsystem 12 als auch eine Diode 13 in Anordnung wird zunächst reiner Wasserstoff über einer durch Epitaxie aufgebrachten Siliciumschicht die Substratscheiben 1 geleitet und der über die Koh- 25 14 erzeugt. Zur Trennung der beiden Systeme ist ein Ieunterlage2 fließende Strom derart eingestellt, daß sie gegeneinander isolierender, bis auf den Substratsich die Substratkörper auf etwa 1200° C erwärmen. körper 11 durchgehender Bereich 15 vom entgegen-Die Scheiben werden nun, wie oben angegeben, für gesetzten Leitungstyp zu den angrenzenden und zu einige Zeit im Wasserstroffstrom geglüht. Dann wird der Diode bzw. zu dem Transistor gehörenden HaIbder Wasserstoffstrom durch das eigentliche Reak- 30 leiterzonen 16 bzw. 18 erzeugt. In dem die Diode 13 tionsgas ersetzt. Verwendet man z. B. ein aus SiCl4 bildenden Teil des ursprünglich abgeschiedenen und H2 bestehendes Reaktionsgas, so empfiehlt sich Halbleitermaterials hat nur noch der Teil 16 die ureine Abscheidungstemperatur von etwa 1100° C und sprüngliche Beschaffenheit. Durch Eindiffundieren ein Molverhältnis SiCl4:H2 etwa gleich 0,005. Am von entsprechenden Aktivatoren ist ein wannenför-Ort der Reaktion wird eine Strömungsgeschwindig- 35 miger Bereich 17 mit einem pn-übergang im Bereich keit von etwa 30 cm/min und eine Abscheidungsge- 16 entstanden. Zur Vervollständigung ist nur noch je schwindigkeit von etwa 0,5 μΐη/min eingestellt. Man eine Elektrode für die Zonen 16 und 17 anzubringen, erhält unter solchen Bedingungen einwandfreie ein- In ähnlicher Weise ist in dem für den Transistor vorkristalline Schichten aus Silicium mit abruptem Über- gesehenen Teil der epitaktischen Schicht nur noch gang zum Substrat. Sie lassen sich sowohl mit als 40 der Teil 18 mit der ursprünglichen Dotierung verauch ohne Dotierungsstoff gewinnen, je nachdem — blieben, der die Kollektorzone des Transistors bildet, die oben angegebene Reinheit des Substrats voraus- Die Basiszone 19 und der Emitterbereich 20 sind gesetzt — man mit dotierungsstoffhaltigen oder mit durch Umdotierungsprozesse entstanden. Alle diese dotierungsstofffreien Reaktionsgasen arbeitet. Zonen sind mit sperrfrei kontaktierenden Elektroden Neben der Möglichkeit der Abscheidung aus 45 21 versehen. Außerdem ist die Halbleiteroberfläche einem Reaktionsgas kann das epitaktisch aufzubrin- mit einer SiO2-Schicht 22 bedeckt, die als Träger gende Material auch aufgedampft werden. Vorteil- von der weiteren Kontaktierung dienenden und in haft ist auch die Anwendung einer sogenannten der Fig. 2 nicht dargestellten Leitbahnen dienen Transportreaktion, also eines Verfahrens, bei dem Ie- kann.
diglich unter Verwendung eines Temperaturgradien- 50 Zu bemerken ist noch, daß auf den von der Erfinten in einem entsprechenden aktiven Gas Material an dung vorgeschlagenen Substraten nicht nur die nach der Oberfläche eines aus dem abzuscheidenden Ma- dem Diamantgitter kristallisierenden halbleitenden terial bestehenden Versorgungskörpers abgetragen Elemente Silicium oder Germanium, sondern auch und an der Oberfläche des Substrats wieder abge- die nach dem Zinkblendetyp kristallisierenden Halbschieden wird. 55 leiter, wie z. B. AsGa, in Form einkristalliner Schich-Ein unter Verwendung des erfindungsgemäßen ten unter Verwendung der sonst üblichen epitakti-Verfahrens erhaltener Körper ist in Fig. 2 darge- sehen Prozesse abgeschieden werden können.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1 2 _ .. Erfindungsgemäß wird deshalb vorgeschlagen, als Patentansprüche: Substrat einen einkristallinen MgO · Al8O,-Spinell
1. Verfahren zum epitaktischen Abscheiden oder einen einkristallinen MgO ■ Cr2O3-~Spinell zu einer einkristallinen Schicht eines nach dem Dia- verwenden.
mantgitter oder nach dem Zinkblendegitter kri- 5 Diese Substrate zeichnen sich gegenüber anderen stallisierenden Halbleitermaterials an der Ober- Fremdsubstraten durch folgende wichtige Eigenfläche eines erhitzten einkristallinen Substrats aus schäften aus: Sie sind zunächst elektrisch isolierend, Fremdmaterial, dadurch gekennzeich- während die aus »Electronics« bekannten Fremdsubnet, daß als Substrat ein einkristalliner strate aus Halbleitermaterial bestehen. Außerdem MgO ■ Al2O3-Spinell oder ein einkristalliner io werden sie infolge des Abscheidevorgangs chemisch MgO · Cr2O3-Spinell verwendet wird. nicht verändert. Es darf nämlich nicht übersehen
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- werden, daß eine Reihe von Substraten insbesondere kennzeichnet, daß als ebene Abscheidefläche eine auch Spinelle, durch die Wirkung des Reaktionsga-Kristallfläche des Substratkörpers mit niederen ses, insbesondere Wasserstoffs, eine Reduktion zu Millerschen Indizes verwendet wird. 15 einem niedrigeren und daher elektrisch leitenden
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch Oxyd oder gar eine noch weitergehende Reduktion gekennzeichnet, daß ein.undotiertes Substrat ver- erfahren können. Hieraus erfolgt polykristalline Entwendet wird. artung der beabsichtigten einkristallinen epitaktischen
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 Halbleiterschicht und Beeinträchtigung der in dieser bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschei- 20 Schicht erzeugten Halbleiterelemente.
defläche durch Polieren und/oder Ätzen vorbe- Die für das erfindungsgemäße Verfahren benötighandelt wird. ten Substrate lassen sich mit der erforderlichen Rein-
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch ge- heit aus den in entsprechender Reinheit vorliegenden kennzeichnet, daß die Ätzbehandlung mittels Ka- Oxyden nach dem Verneuil-Verfahren herstellen. Als liumpyrophosphat und/oder Borax vorgenommen 25 weitere Möglichkeit bietet sich das tiegellose Zonenwird. schmelzen etwa nach der deutschen Patentschrift
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch ge- 1 202 205 an, wobei man — wenn es sich um einen kennzeichnet, daß die Ätzbehandlung mittels bei hoher Temperatur ebenfalls nichtleitenden Spi-K2SO7 vorgenommen wird. nell handelt — als Heizquelle einen im Feld einer In-
7. Verfahren nach den Ansprüchen 4, 5 oder 6, 30 duktionsspule gegen einen aus dem gesinterten dadurch gekennzeichnet, daß das vorbehandelte Oxydgemisch bestehenden, zonenzuschmelzenden Substrat bei etwa· 1200?-G im Wasserstoffstrom Stab axial verschiebbaren, insbesondere aus Graphit geglüht wird. . bestehenden Heizring mit besonderem Vorteil ver-
■ '" wendet. Als weitere Möglichkeit für die Herstellung
'■■'■■-'■■■-■':--- :::' 35 eines einkristallinen Spinells dürfte noch die als »Hy
drothermalverfahren« in »Appl. Phys. Letters« 4, No. 5 vom 1.3.1964, S. 89/90 beschriebene Methode
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum epiakti- in Betracht kommen.
sehen Abscheiden einer einkristallinen Schicht eines Als typisches Beispiel für die Durchführung der
nach dem Diamant oder nach dem Zinkblendegitter 4° Erfindung kann die Verwendung einer einkristallinen kristallisierenden Halbleitermaterials an der Ober- Scheibe aus MgO -Al2O3 mit mechanisch polierter fläche eines erhitzten einkristallinen Substrats aus Oberfläche (letztes Schleifkorn: 0,25 μπι) bezeichnet Fremdmaterial. werden, wobei zwecks Entfernung der gestörten
In der Literaturstelle »Electronics« (May 18, Oberflächenschicht längere Zeit im Wasserstoff strom 1962), S. 49, ist in einem Aufsatz mit dem Titel 45 (etwa 2 Stunden) die Scheibe bei etwa 1200° C ge- »Epitaxial Growth and Devices« darauf hingewiesen, glüht wird. Dabei tritt eine Art von »Gasätzung« auf. daß man epitaktische Schichten aus Halbleitermate- Die mechanisch polierte Substratscheibe kann vorher rial nicht nur auf einem aus demselben einkristalli- auch mit einer Schmelze aus K2SO7 oder aus Borax nen Material bestehende , Substratkörper, sondern geätzt werden, wodurch eine Verkürzung der Glühauch auf aus fremdem Stoff bestehende Substratkoj-'.5° behandlung üiri etwa 15 bis 30 Minuten möglich per abscheiden kann und' dabei zu einkristallinen wird.
epitaktischen Schichten gelangt, sofern Gittereigen- Die chemische Zusammensetzung des einkristalli-
..schäften.von-Substrat und-.Schichtmaterial einander nen Substrats braucht nicht genau der. stöchiometriangepaßt sind. Dabei ist auf das Beispiel der Ab- sehen Formel des betreffenden Spinells zu entsprescheidung von Schichten· aus einkristallinem GaAs 55 chen. Bezüglich der Reinheit ist jedoch — wenigauf einer Unterlage aus einkristallinem Germanium stens in den meisten Fällen — die Forderung nach hingewiesen. Abwesenheit von dotierenden Substanzen, also ins-
Epitaxie durch Abscheidung aus der Gasphase besondere von freien Elementen der Gruppen III wird zum überwiegenden Maße in der Halbleiter- und V des periodischen Systems, zu erheben. Auf technik zur Herstellung von Halbleiterkörpern für 60 diese Forderung ist vor allem bei dem im vorliegen-Halbleiteranordnungen angewendet. Vielfach spielt den Beispiel verwendeten Spinell zu achten. (Die das Substrat bei der fertigen Anordnung die Rolle .; Verbindung Al2O3 enthält zwar Al. Doch ist dieses einer Elektrode. Es ist dann im Vergleich zu der epi- so fest gebunden, daß eine dotierende Wirkung kaum taktischen Schicht entsprechend hochdotiert. zu erwarten ist.) Die Auswahl der Abscheidefläche
In zahlreichen Fällen wäre man aber auch an 65 (Hauptabscheidefläche) unterliegt den gleichen Geeinem Substrat interessiert, das elektrisch isoliert und Sichtspunkten wie bei der Abscheidung von Silicium überdies billiger als die teueren einkristallinen Halb- oder Germanium auf Substrate aus Silicium oder leitersubstrate herzustellen ist. Germanium. Bevorzugt werden Abscheidungsflächen
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