DE1619973C3

DE1619973C3 - Verfahren zur Herstellung von Halbleitermaterial durch Abscheiden aus der Gasphase

Info

Publication number: DE1619973C3
Application number: DE1619973A
Authority: DE
Inventors: Theodore Scott Scottsdale Benedict; Albert Earl Tempe Ozias Jun.
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1966-04-04
Filing date: 1967-03-03
Publication date: 1974-07-18
Also published as: DE1619973A1; NL6704773A; FR1517452A; US3438810A; GB1165959A; DE1619973B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Her- Beim Ansetzen einer Spannung läuft der Strom also

stellung von Halbleitermaterial, insbesondere Si- den Stab entlang. : :

licium, hoher Reinheit durch Abscheiden des Halb- Als Überzugsmateriäl kann ein beliebiger Stoff

leitermaterials aus der Gasphase auf ein Substrat aus ' verwendet werden, der nach dem Erhitzen des Stabes

dem gleichen Halbleitermaterial, das bei Raum- 5 leicht entfernt werden kann. Beispiele solcher leiten-

temperatur einen hohen elektrischen Widerstand auf- den Stoffe sind Phosphor, Bor, Antimon, Arsen,

weist, wobei das Substrat dadurch auf Abscheidungs- Aluminium, Gallium, Indium, Zinn u. dgl.

temperatur erhitzt wird, daß es vor der Abscheidung Das leitfähige Material kann auf den Stab in üb-

auf eine Temperatur, bei der das Substratmaterial licher Weise aufgebracht werden. Man kann z. B.

den elektrischen Strom leitet, gebracht und dann io nach dem Diffusionsverfahren arbeiten, man kann

durch elektrischen. Strom auf Abseheidungstempe- die Stoffe aufsprühen oder durch elektrisches Plat-

ratur weiter erhitzt wird. tieren aufbringen.

Man kann das Substrat vor der Abscheidung da- Die Fig. 1 und la zeigen den Siliciumkörper mit durch auf eine Temperatur bringen, bei der es den der aufgebrachten leitenden Schicht. Die Fig. 1 zeigt elektrischen Strom leitet, daß eine sehr hohe Span- 15 eine Ausführungsform, bei Welcher die leitende nung direkt an das Substrat, z. B. einen Körper aus Schicht durch eindiffundierte Verunreinigungen gehochreinem Silicium, angelegt wird. Es ist ferner bildet wird. In dieser Figur wird der Siliciumstab bekannt, einen Körper aus Silicium hohen Wider- mit 10 bezeichnet. Das die leitenden Verunreinigunstandes durch Strahlung von außen aufzuheizen. Ein gen enthaltende Gebiet ist mit 11 bezeichnet. Das weiteres Verfahren zum Aufheizen des Silicium- 20 Gebiet 11 mit den Verunreinigungen erstreckt sich körpers besteht darin, daß man ihn in Berührung längsweise über den ganzen Körper,
mit einem heißen Material bringt, das seinerseits Nach der Fig. la ist die leitende Schicht so auf elektrisch leitend ist und daher elektrisch aufgeheizt dem Stab angeordnet, daß ein Teil seines Durchwerden kann. Diese Verfahren haben den Nachteil, .messers vergrößert ist. Man kann aber auch einen daß sehr hohe Energiemengen gebraucht werden, 25 Teil der leitenden Schicht 12 sich in den Stab hinein um den Körper aus Silicium lediglich bis auf die erstrecken lassen, oder man kann die Schicht den Zersetzungstemperatur aufzuheizen. ' Stab umgeben lassen. Ebenso braucht auch die lei-

Wirtschaftlicher und einfach kann dagegen das tende Schicht 11 nach F i g. 1 nicht den ganzen UmSubstrat auf eine Temperatur, bei der das Substrat- fang des Stabes zu umfassen.

material den elektrischen Strom leitet, gebracht wer- 30 Nach diesem Verfahrensschritt wird der Siliciumden, wenn erfindungsgemäß auf dem Substrat eine stab elektrisch von Raumtemperatur auf die Niederelektrisch leitende Schicht gebildet und diese Schicht Schlagstemperatur erhitzt. Das Erhitzen geschieht durch elektrischen Strom erhitzt wird, bis das Sub- durch Hindurchleiten eines elektrischen Stromes strat die gewünschte Temperatur aufweist, und wenn durch den Stab oder mittels Induktion. In jedem dann die leitende Schicht entfernt wird. 35 Falle verwendet man die Leitfähigkeit des Silicium-

Vorteilhaft verwendet man als Substrat einen Stab Stabes, um ihn auf die gewünschte Temperatur zu aus Halbleitermaterial, auf dessen Oberfläche längs- bringen. Wenn man zum Aufheizen einen durchweise die leitende Schicht gebildet wird. Mittels geleiteten elektrischen Strom verwendet, kann man dieser Schicht .wird der gesamte Stab schon bei dieselbe Spannung brauchen, wie sie benötigt wird, Raumtemperatur und niedrigen Spannungen leitend. 40 um den Stab auf der Zersetzungstemperatur zu

Es ist besonders günstig, ein gasförmiges Ätz- halten. Man erhitzt also den Siliciumstab auf eine

mittel zur Entfernung der leitenden Schicht zu ver- erhöhte Temperatur von beispielsweise 900 bis

wenden, nachdem der Siliciumstab die gewünschte 1300° C, vorzugsweise auf 1000 bis 1200° C. ,}

höhere Temperatur erreicht hat. Man entfernt die leitende Schicht durch Abätzen

Die Fig. 1 und la zeigen zwei verschiedene Kör- 45 mit Gas. Die Temperatur muß hierbei so hoch sein,

per aus Silicium, auf denen eine leitende Schicht daß das Abätzen mit genügender Geschwindigkeit

aufgebracht ist. stattfindet. Üblicherweise liegt die Temperatur des

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Ver- Abätzens etwas unterhalb der Temperatur des

fahrens am Beispiel des Siliciums beginnt man mit Niederschiagens.

einem Siliciumstab hoher Reinheit, der entweder 5° Zum Abätzen verwendet man ein Gemisch eines durch Abscheidung aus der Gasphase oder durch Halogenids mit einem inerten Gas, wie Wasserstoff. Wachsen aus einer Siliciumschmelze hergestellt Als Halogenid verwendet man vorzugsweise Hawurde. Der Stab hat einen sehr hohen spezifischen logenwasserstoff oder ein Halogenid eines Halbleiter-Widerstand von etwa 100 Ohm-cm und einen elek- elementes. Geeignete Halogenwasserstoffe sind HCl, trischen Widerstand von etwa 20 000 Ohm. 55 HBr und HI, wobei HCl vorzuziehen ist. In der

Man verwendet das Silicium in Form eines Stabes. Regel genügt schon ein geringer Gehalt von HCl

Es können aber auch andere Ausgangselemente ver- in Wasserstoff bei einer Temperatur von etwa 1000

wendet werden, beispielsweise Scheiben oder Platten. bis 1200° C, um die gesamte leitende Schicht in

Auf den Siliciumstab bringt man eine Schicht von kurzer Zeit zu entfernen.

leitendem Material auf. Die Menge dieses Materials ⁶° Die leitfähige Schicht muß so dünn sein, daß sie

muß genügend sein, um den Stab bei Raumtempe- leicht entfernt werden kann, ohne den Durchmesser

ratur leitfähig zu machen. Hierdurch wird der Wider- des Siliciumstabes zu verringern. Sie muß ferner so

stand des Stabes auf einen Wert von etwa einem dünn sein, daß das Abätzen mit Gas keine zu lange

Hundertstel des ursprünglichen herabgesetzt. Vor- Zeit in Anspruch nimmt. In der Regel genügen

zugsweise bringt man das leitfähige Material in 65 Schichtdicken von etwa 2 bis 20 Mikron.

Längsrichtung auf dem Stab an, so daß ein zu- Nach dem Entfernen der leitenden Schicht kann

sammenhängender Pfad für den elektrischen Strom Silicium aus der Dampfphase abgeschieden werden,

von einem Ende zum anderen des Stabes entsteht. Hierzu können beliebige Vorrichtungen und ehe-

mische Systeme verwendet werden. Man kann z. B. mit einem Reaktor für Silicium arbeiten, in welchem einer oder mehrere Stäbe aus Silicium angeordnet sind und elektrisch in Gegenwart eines Gases geheizt werden. So läßt sich z. B. eine Vorrichtung verwenden, die, von Theuerer in der Zeitschrift. »Bell Labs Record«, September 1955, S. 327 bis 330, beschrieben wurde. Das reagierende System besteht üblicherweise aus einem Gemisch einer Siliciumverbindung, vorzugsweise eines Siliciumhalogenids wie Siliciumtetrachlorid oder Siliciumchloroform mit Wasserstoff. Dieses Gemisch wird über den erhitzten Siliciumstab geleitet, wobei elementares Silicium auf ihm anwächst.

\ Beispiel I

Verwendet wurde ein Stab aus hochreinem Silicium mit einer Länge von 91 cm und einem Durchmesser von 7 nun. Der Stab hatte einen spezifischen Widerstand von 100 Ohm-cm und einen elektrischen Widerstand von 20 000 Ohm. Man brachte den Stab in einen Diffusionsofen bei-1070° C. Dann gab man eine Quelle für Phosphor zu und ließ sie während 2 Stunden in Berührung mit dem Stab. Nach dieser Zeit war der Stab längsweise bis zu einer Tiefe von etwa 5 Mikron mit Phosphor dotiert. An der Oberfläche enthielt der Stab mehr als 10²¹ P-Atome je cm³. Der elektrische Widerstand des so behandelten Stabes lag bei etwa 50 Ohm. Dann erhitzte man den Stab durch längsweises Hindurchleiten eines Stromes mit einer Spannung von etwa 100 V auf eine Temperatur von etwa 1100° C. Nach Erreichen dieser Temperatur leitete man Wasserstoff mit einem Gehalt von etwa 2% HCl über den Stab. Praktisch die gesamte leitende Schicht war nach etwa 15 Minuten abgeätzt. Dann leitete man ein Gemisch von Wasserstoff mit 10% Siliciumchloroform über den Stab und ließ das abgeschiedene Silicium aufwachsen.

Beispiel II

Auf einen Siliciumstab, wie er im Beispiel I beschrieben war, wurde ein leitfähiger Streifen von Zinn aufgesprüht. Die Dicke des Streifens betrug etwa 10 bis 20 Mikron. Dann verfuhr man weiter, so wie es im Beispiel I beschrieben ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Halbleitermaterial, insbesondere Silicium, hoher Reinheit

{ durch Abscheiden des Halbleitermaterials aus der Gasphase auf ein Substrat aus dem gleichen Halbleitermaterial, das bei Raumtemperatur einen hohen elektrischen Widerstand aufweist, wobei das Substrat dadurch auf Abscheidungstemperatur erhitzt wird, daß es vor der Abscheidung auf eine Temperatur, bei der das Spbstratmaterial den elektrischen Strom leitet, gebracht und dann durch elektrischen Strom auf Abscheidungstemperatur weiter erhitzt wird, dadurch

ao gekennzeichnet, daß zur Erhitzung des Substrats auf eine Temperatur, bei der das Substratmaterial den elektrischen Strom leitet, auf dem Substrat eine elektrisch leitende Schicht gebildet und diese Schicht durch elektrischen Strom

as erhitzt wird, bis das Substrat die gewünschte Temperatur aufweist, und daß dann die leitende Schicht entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Substrat ein Stab verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Schicht parallel zur Stabachse auf dem Stab gebildet wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Schicht durch Diffusion von Dotierstoffen oder durch Aufsprühen oder stromloses Plattieren von Metallen gebildet wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Schicht durch Gasätzen entfernt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Schieht bei 900 bis 1300° C mittels eines Chlorwasserstoff und Wasserstoff enthaltenden Gases entfernt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen