DE1769193A1 - Verfahren zur Herstellung einer Schicht aus monokristallinem Germanium auf einer Unterlage aus Silicium - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Schicht aus monokristallinem Germanium auf einer Unterlage aus Silicium

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DE1769193A1 DE19681769193 DE1769193A DE1769193A1 DE 1769193 A1 DE1769193 A1 DE 1769193A1 DE 19681769193 DE19681769193 DE 19681769193 DE 1769193 A DE1769193 A DE 1769193A DE 1769193 A1 DE1769193 A1 DE 1769193A1
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Description

17« April 1968 Qey/goe
MOTOROLA, Inc.
Verfahren zur Herstellung einer Schicht au· «onokristalline« Germanium auf einer Unterlage au« Silicium·
Dir Erfindung betrifft «in Verfahren «ur Herstellung einer Schicht au« »onokriatalline» Girnftniui auf einer Unterlage au· SllicluBi· Erfindungsge«äß wird halbleitende· Material bearbeitet, das zur Herstellung ron beispielsweise Transietoren, Gleichrichtern, PentkÖrper-Schaltungsanordnungen und anderen halbleitenden Vorrichtungen verwendet werden kann· Mad* dee Verfahren läßt RAn da» Geutaanium epitaxial auf einer Unterlage ron Silicium wuchsen.
Bei dee Versuch, die bekannten Verfahren tür epitaxial«? Wachsen-' lassen ron Q^rmaniun auf Geremniusi au verwenden, wurden bei« Aufwachsen ron «onokristallinen Schiebten aus Qeraaaiu« auf einer Unterlöge ron Siliciua schleohte Erfolge ersielt· Di· entstehenden Schichten waren nicht gleichmäßig «onokrlstallin und hatten eine schlechte Struktur· Bei« Niederschlagen i« Vakuusi wurden «war etwas bessere Erfolge ercielt, al· bei« Mieders'chlagen bei at«osphXrische« Druck durch Zer set sung einer (!«rsiajilua· Verbindung. Aber «such hierbei wurden bisher keine sufrieden-
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•teilenden Ergebnis·· erreicht·
Bin techniach erfolgreiches Verfahren sue epltaxlalen Aufwachaealassen von Germanium auf Silicium ist auch deswegen, erwünscht« um die verschiedenen Verfahren sum Abscheiden von Germanium und Silicium einander anzupassen. Dadurch wäre es beispielsweise möglieh, aus einest Stück bestehende Festkörper-Schaltungsanordnungen, die Germanium und Silicium enthalten, für dlo Verwendung la elaesi einsigen Halbleiter herausteilen·
Damit wäre «ts «öglich, die Kosten für Germania» enthaltende Verrichtungen wesentlich herabsusetsen, da Sllleiusi billiger al« Germanium ist· Das als Unterlage dienende Silicium würde die Haup-taasso von solchen Halbleiter-Vorrichtungen ausmachen, die Germanium enthalten« Eine epitaxial gewachsene Platt· aus Qerluanlum auf Sillslum kann bei hohen Temperaturen sdt Chlorwasserstoff in an sich bekannter Weis· geätat warden, usi belsplelsweiso ebeno, Germanium enthaltende Transisterea uad Vorrlehtungen ähnlicher Art herzustellen.
Die Erfindung setat sich das Ziel, Monokristalllnes Qsrmsnlusi auf einer Unterlage aus Silicium aufwachsen au lassen· EIa weiteres Ziel der Erfindung besteht darla, 4Am Herstellung wan Gegenständen aus germanium aaeh Verfahre· eferalimftlfcran, 41a dam bekannten Silictum verarbeitenden Verfahram aagapasH warden kfonem«
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Ein Gegenstand der Erfindung besteht darin, daß Man sjuerat auf einer Unterlage aus Silici.ua ein· Silicluasehicht epitaxial aufwache «n läßt, beror nan das Geraaniua aufbringt· Epitaxial aufgewachsen·*» Silicium ist eine fast ideal« Unterlage fur die und das Wachstua von aonokristallinea Geraaniua·
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung besteht darin« daß aan die Keiiabildung und dao Vachstua des Geraaniuaa bei Teaperaturen beginnt, die unterhalb der bisher für optiaal angesehenen Teaperaturan liegen· Wenn durch die erste Keimbildung von aonokrlstallinea Germaniua eine Schicht von wenigstens 0,8 Mikron Dicke gebildet ist, so wird das weitere Aufwachsenlassen des Geraaniua· bei hIiheren Temperaturen durchgeführt, um bessere Aufwachsge-
n su erreichen, ohne dabei die glelohaüAigo aono-Struktur der Schicht su beeinträchtigen.
Wesentlich 1st es, für die anfängliche Keiabildung dos Qeraaniuas als Quelle Qeraaniuahydrid dar Forael QeH. su verwenden«
Das erflndungsgeeüße Verfahran «ur Herstellung einer Schicht au« Monokristallinea Qeraaniua auf einer Unterlage aus Sillciua ist dadurch gekennselehnet, daß aan auf der Unterlage aus Sllieiua auerst bei vei^igstens 900°C eine wenigstens 0,1 Mikron dicke Konokristallifte Siliciuasohloht epitaxial aufwachsen IMAt, dann bei 390 bis 6'/09C ein dasgealsch aus aeraanJUjuahydrld (ttenV)
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bU ORIGINAL
und «inet« Trägerg*· solang« überleitet, bie «in· wenigsten· 0,2 Mikron dick· nonokriatalllne GeraanluMchlcht epitaxial aufgewachsen Ißt, und anschließend bei über 670° da· epltaxiale Wachstum des Geremnitttaa forteetst·
verwendet eian al· Gaageaisch ein Geeilach au· wenigst^nr 500 Voliy«t«)±lcn Wasserstoff und einen Voluateil QeraMUtluaihydrid.
ersten Xeimbilden und AufVaohaenlaasen de· Qeraianiui· auf der UnterIesβ steigert aian Toraugaireise dl· überleltungegeeehvin di^eit der. GornaniuBhydrida atufenweiae von 0 bie cu etwa 2 al je
B»l d<am weiteren epitaxialen Aufwacb«enla««en de· fierianiui· bei _ renjieraturon über 67O0C können al· Quelle für da· Gerautnluai Germaniusihydrid, TrichlorgeraaniuMhydrid oder Tetraehlorgeraanluai für aIch oder i« Geaiech Miteinander verwendet werden·
2wocknä0i.gox*veiae reinigt und poliert aan die Unterlage au· Siliciu» vor dom epitaxialen Aufwacheenla««en der aonekriatallinen Siliciuamchicht durch Atsen ait Chlorwaaaeratoff· Man kann hierbei bei Temperaturen von 12000C arbeiten und suai Xtsen ein Gaage» ratsch verwenden, welches in V&aaeratoff 1 bie 5 # Chlorwaaaeratoff enthält.
BAD ORIGINAL ../.
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Gut« Ergebnis»· werden erhalten, wenn man eine UnterX*se aus Silicium verwendet, die krlstallographiseh tut ein« tfinkel ton O bia 6° au· der (lll)-Ebene gegen die {11$)*·Kben· geneigt iet. Die Unterlage aue Silicium kann aber auch in"der (310)-Ebene orientiert sein.
Dn* epitaxial· tfachsenlassen der monokristaillnen Silicuatechicht auf der Unterlage aus Silicium kann nach bekannten Verfahren durchgeführt uerden. Man kann beispielsweise die gereinigte und polierte Platte auf 11000C erhitsen und »it eine« strömenden Gasgemisch behandeln« welches Vaseerstoff und Sillciumtetrachlorid in eine» Mengenverhältnis von 800 Volunteilen su 1 Volum· teil enthalt« In dor Regel genügt die Bildung einer 0,1 Mikron dicken Schicht von epitaxial aufgewachsenem Silicium, um eine brauchbare Oberfläche für das anschließende epitaxial· Aufwachaenlaesen von Germanium su schaffen· Zn einigen Fällen kann es aber sweckmäftig sein« die monokristallin· Siliolumschicht dioker als 0,1 Mikron wachsen su lass·«·
Dann erniedrigt man dl· Temperatur der Platt· auf 350 bis 67O°C. Bei dieser Temperatur behandelt man die Platte Mit einem Strom von gasförmige» Germaniumhydrid (GeH.) in Wasserstoff als Träger« gas und Verdünnungsmittel * Da« Mengenverhältnis von Wasserstoff ma Germaniumhydrld kann bei 500 bis 15000 Volumteilen Vaseerstoff je Volumteil Gormaniumhydrld gehalten werden· Man kann auch ander·
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Trägergase vorwenden, S0B. Heliusi od«r Stickstoff» obwohl nieht laver di· gleichen guten Ergebnis·· dealt «rslslt ward·»· Die Strttarangagsschwindigkeit de« Qeraaniuahydrid· wird vorzugsweise langsaa von O bis χα etwa 2 oder 3 el/Min· gesteigert· Man aetst · die Behandlung solange fort, bi· epitaxial ein· Qeraanituaaohieht von wenigst ©».β 0,2 Mikron Dicke aufgewachsen ist· Danach verfährt «en weiter nach den bekannten Verfahren, unter Anwendung von W Temperaturen über 670 C und unter Verwendung anderer Quellen für GerM»ni?iw, 2.3, von Gernanluatetrachlorid oder Trichlorgernaniutshydr id c
Die verwendeten Teaperatureuiwerden direkt durch optische Pyrosieter oder Infraroi-Pyroaeter gemessen·
Die Zeichnungen zeigen beispielsweise einige Ausführungsforsien der Erfindung.
' Fige 1 selgt echenatiech eine Vorrichtung sur Durchführung des erfindungsgesiäflen Verfahrens·
Dio Pi.gUT4n 2 , 3 und k seigen in vergrößerte« Naß stäbe Schnitte durch halbleitende Platten, und erläutern die erfindungsgeaäßen, aufo.inmndor folgenden Verfahrensstufeno
Das in Figo 1 dargestellte Ofensysteu 11 besteht aus eines Quars»
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ro.hr 12 Kit einer Einlafileitung 13, «iner AualaAleitung 1% und Heisapulen 15 für Induktionsheizung, durch welche der Träger au· Graphit l6 und die Silicuaplatte 17 bei den gewünschten Tcapera~ türen gehalten werden·
Die FAg, 2 zeigt eine aonokristalline Siliciuaplatte 21, die erfindungsgetsSA behandelt werden soll. Pig· 3 »«igt die Platt« 21 nach Figo 2 nach des AufVachaenlaesen einer dünnen epltaxialen Schicht 22 aus Silieiua. Fig. % seift die Platte nach Fig· 3 nach <j«a AufVactuienlaasen einer epitaxialen Schiebt 23 au· Ger-
Beispiel
Eine aonokrlstalline Platte au· Silicium, die kriaMlographiech ua einen Vinlcel von 2° au· der (lll)-Bbene gegen die (110)-Ebene geneigt war, wurde 10 Minuten lang bei 1200°C Mit Chlorwaeserstoff geätst und dann auf 10500C abgekühlt. Bei dieser Temperatur lieft ■an unter den üblichen Arbeitebedingungen und unter Terwendung Ton Sllan ala Slliciustquelle 5 Minuten lang eine Schicht aus Siliciua epitaxial aufwachsenο Dann kühlte Ban die Platte auf 600°C ab. Über die Platte wurde 10 Minuten lang ein Gealsch aua Wasserstoff in einer Menge von kO l/Min, und Geraaniuehydrid in einer Menge von 2,7% «l/Min, geleitete Anschließend wurde die
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Temperatur auf 700°C er habt und dl· Struaungsgesohwlndigkelt von Qeraaniuinhydrid während 10 Minuten bei 4,84 ml/Min* gehalt·«· Piepitaxial aufgewachsene GeromniuMSchicht war glelehaKfilg aonokriatßllin und hatte einen hohen Glanz·
tfeüero Versuche wurden unter Änderung der Versuchsbedlngvngen tluTchßM.Tührt. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle
■ e
entha >
Tabelle
Vor sue )U
QeH^ Beginn d. Auf 1/Ache * ala Aufwache · von Si Quelle von Qe
für Ge unter 67O°C
Irlatallorientierung
Ergebnis
»«.In J«
n«iiii j·
nein J·
ja J·
. J·
j·
nein nein
2° gegen (111) eehlecht
(iOO) «ehr achlecht 2° gegen (111) achlecht 3° gegen (111) «chiecht 2° gegen (ill) aehr gut
Dta Tabelle ;:,eigt, daß lediglich bela !Inhalten der erfindungageifäflc:^ Arbejltebedia&gungen ein gute« Ergebnis erhalten wird· Der Versuch K iat lerJenige, dessen Durchführung eben besehriebe« lev.
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Claims (1)

- 9 - . Pat entanaprücho
1. Verfahren zur Herstellung einer Schicht aus Monokristallineei Geraaniua auf einer Unterlage aus Silicium, dadurch g e k e na-Belohnet, daß nan auf der Unterlag· aus Silicium zuerst bei wenigsten« 900 C οine wenigst«»« 0,1 Mikron dick· nonokristal^ line Siliciuamchicht epitaxial aufwachs·» IKßt, dann bei 350 bis 670 C ein Gasgemisch aus Gersianiumhydrid GeH^ und ein«a Trägergas solang« überleitet 1 bis «in· wenigstens 0,2 Mikron dick« aonokrirft stallin« Cerminiueiechlcht «pitaacial aufg«wachs«a ist, und anschli«^ A«nd bei über 67O0C das epitaxial· tfachstuei des Gemaniusie fort-. setst. ' .
2« Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daft «au als Gasgemisch ein Geeiieeh auo wenigstens 500 Volueiteiien Wasserstoff und 1 Volueteil Ger«aniu«hydrid verwendete ν
3« Terfeie··» maeh Ansprueh 1 oder 2, dadureh g e k e η nseiehnetf 4aA «tm bei· anfüngliohen Aufwaohsenlassen 4m itrMsae—■ 41· ftkerl«itujigsg«sehwiadlgk*it 4·· aarsuuti«sdij4ri4· stufeeweise von 0 bis su S Ml/Mln. steigert· v
4· Verfakjren «ach eine« der Ansprüche 1 bis 3, dadureh
,ge))i«»nseiehnet| daß nan bei de« epitaxlalen Aufwaehsen Xmteim des ttensaniuMS bei Über 6709C als Qer«aniuBjquelle Qarsmniueilflfstfr|4i Triehlorgereaniuehydrid oder Tetrachlorgeraanluei für sich im a«i..h •itelgajid.^^erwang^t.
5» Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis %, dadurch gekennzeichnet, daA man die Unterlage au« Silicfcua vor dem epitaxialen Aufvachsenlaseen der monokriatallinen SilicluKSchicht durch Atzen pit Chlorwasserstoff reintgt und poliert·
6· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bia 5, dadurch ™ S«kennseichnett daß man eine Unterlage aua Sllioiui
rertrendet, die kriatallographiach vm eiaett Vlnkel ron 0 bis aus der (lll)-Ebene ««fen die (UO)-Bbene geneigt 1st·
7· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennseichnet, daB man ein· Unterlage aus Slliciui Terwendeti dl« kristallographisch 1» der (310)*lbene orientiert ist.
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