DE1769635A1 - Duenne Halbleiter-Aufwachsschicht auf tonerdearmen,tiegelgezogenem Magnesium-Aluminium-Spinell-Einkristall,sowie Verfahren zur Herstellung der Schicht und zur Herstellung der Einkristalle - Google Patents
Duenne Halbleiter-Aufwachsschicht auf tonerdearmen,tiegelgezogenem Magnesium-Aluminium-Spinell-Einkristall,sowie Verfahren zur Herstellung der Schicht und zur Herstellung der EinkristalleInfo
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Description
Ί.769635Λ
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT München 2, 2 Q. MS£ Ί 9 /
Berlin und München Witteisbacherplatz
YPA 68/2521 Bit/Ks , P 17 69 635.4-43
Dünne Halbleiter-Aufwachsschicht auf tonerdearmen, tiegelgezogenem
Magnesium-Aluminium-Spinell-Einkristall, sowie Verfahren zur Herstellung der Schicht und zur Herstellung
der Einkristalle
Die Erfindung betrifft eine Halbleiterauf wachsschicht auf
einem hochisolierenden Magnesium-Aluminium-Spinelleinkristall als Substrat, sowie die Herstellung der Schicht und
der dafür als Substrat erforderlichen Einkristalle aus Magnesium-Aluminiumoxid.
Es ist bekannt, Halbleiteraufwachsschichten auf Magnesium-Aluminium-Spinell-Einkristallen
herzustellen, die nach dem Verneuil-Verfahren hergestellt sind und die eine molare Zusammensetzung Magnesiumoxid zu Aluminiumoxid von etwa 1:3»5
haben. Die als Substrat für die Aufwachsschicht in Frage kommenden Körper sind vorzugsweise aus einem wie angegeben
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hergestellten Sinkristall herausgearbeitete Scheibchen.
Erfahrungsgemäß v/eisen aber die Einkristalle und damit auch die als Substrat dienenden Körper nachteiligerweiso
eine als Polygonisation bezeichnete Eigenschaft auf. Sie besteht darin, daß einzelne Bereiche einer Ebene des Kristalls
gegeneinander und gegen die im allgemeinen verwendete (001)-Auf wachsebene um bis zu mehrere Bogengrad verkippt
sind. Die z.B. epitaxiale Beschichtung solcher Substratscheibchen liefert aufgrund dieser Polygonisation Bereiche
großer Oberflächenrauhigkeit der aufgebrachten Halbleitcrsehichten,
die umso größer iot', je größer die Abweichung der Orientierung der tatsächlichen Aufwachsfläche des Substrats,
z.B. von der (001)-Fläche ist.
Die Rauhigkeit der Oberfläche des Substrats erschwert auch die Ilaskierungstechnik in mannigfaltiger Weise. Insbesondere
wirkt sie sich aber besonders kritisch bei nur sehr dünnen Aufwachsschichten, z.B. im Bereich von wenigen /um, aus, an
denen eine Oberflächenkorrektur durch nachträgliches mechanisches Bearbeiten u.a. auch wegen der geometrischen Beschaffenheit
der Substratscheibe, z.B. abgerundeter Kanten und leichter Wölbung der Oberfläche, nicht mehr möglich ist.
Beschichtungsversuche mit nach dem Verneuil-Verfahren hergestellten
Spinell-Einkristallscheibchen als Substrat ergaben, daß der Grad der Polygonisation, *auch als Verkippung bezeichnet,
und damit die Oberflächenrauhigkeit der aufgewachsenen Schichten mit zunehmendem Tonerdegehalt abnimmt,
Ss können zwar nach dem Verneuil-Verfahren ohne weiteres me-■
chanisch stabile Spinell-Einkristalle mit einem als tonerdereich bezeichneten Mischungsverhältnis von 1:3 und größer hergestellt
werden. Unter mechanisch stabil ist dabei zu verstehen, daß die Einkristallkörper ohne zu zerbrechen oder zu splittern
mechanisch bearbeitet, insbesondere gesägt, geschliffen und poliert worden können.
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Versuche einer weiteren Verbesserung der nach den obigen
Angaben hergestellten Halbleiter-Aufwaehssehicliten zu erreichen,
waren bisher fehlgeschlagen. Eine weitere Steigerung
des Toiierdegehaltcs führte z.B. zu Tonerdeausscheidungen
im Inneren der Kristalle., Diese Ausscheidungen nahmen vor allen bei längerer Wärmebehandlung, wie sie bei
epitaktischem Abscheiden nun-einmal nicht zu vermeiden ist,
beträchtlich zu.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen neuen
Weg aufzufinden, naph:, dem bessere, d.h. vor allem störungsfreiere und reinere Halbleiteraufv/achsschichten auf einem
einkristallinen Substrat aus Magnesium-Aluminium-Spinell
hergestellt werden können.
Diese Aufgabe Avlrd erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
der Einkristall aus den Tiegel gezogen ist und eine molare
Zusammensetzung Magnesiumoxid zu Aluminiumoxid = 1:2,5 aufweist.
Diese erfindungsgemäße Lösüng^eignet sich insbesondere für
das epitaktische Abscheiden sowie vorzugsweise für die Abscheidung
^/on Silizium. Aber auch andere entsprechende Halbleiterstoffe
können auf dem erfindungsgemäßen Einkristall abgeschieden werden. ·
Dieser neue Y/eg aur Verbesserung von Halbleiter-Aufwachsschichten
lag vor allen insofern nicht nahe, als erstens
aus den Tiegel gezogene, d.h. nach Czochralski gezogene tonerdereiche
Spinelle beredts unmittelbar nach der Züchtung in wesentlich= stärkeren Kaße Ausscheidungen zeigen als nach
den Verneuil-Verfahren hergestellte Spinelle und zweitens keineswegs zu erwarten war, daß dio QUO &om;-2iegel· gezogenen
Magnesium-Aluminiun-Spinell-Kristalle mit nur geringem Tonerdegehalt,
insbesondere mit einem Tonerdegehalt bis herab zum stb'ehiometrischen Verhältnis 1 j 1, zunächst überhaupt hergestellt
werden können und dann im Gegensatz zu nach dem Ver-
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BAD ORIGINAL
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neuil-Yerfahren gezüchteten Kristallen vergleichbarer Zusammensetzung
außerdem noch einen viel geringeren Polygoni-3ationsgrad aufweisen. Es war auch überraschend, daß die
nach den erfindungsgemäß angewendeten- liegelziehen hergestellten
Kristalle obendrein mechanisch noch sehr viel stabiler
waren alo die vergleichbaren Verneuil-Kristalle.
Ein ganz entscheidender Vorteil der erfindungsgemäßen Verwendung von Substratkörpern, die aus, wie hier beschrieben
nach den Tiegelziehen gezüchteten, tonerdearmen Magneuium-Aluniniun-Spinellen
hergestellt waren, ist,"daß wegen des hier ermöglichten geringen Tonerdegehalts bei trotzdem hoher
Kristallperfektion auch bei praktisch noch so langer Wärmebehandlung, insbesondere beim epitaktischen Abscheiden,
und bei späteren Diffusionsprozessen keine störende Ausscheidung von Aluminiumoxid im Spinell festzustellen ist.
Die erfindungsgenäß hergestellten Aufwachsschichten bedürfen wegen der geringen Oberflächenrauhigkeit des Substrats
normalerweise keiner weiteren ,!fachbearbeitung, so daß alle
Vorteile einer natürlich gewaiäjisßnen, einwandfreien Schicht
gegenüber einer noch nachträglich mechanisch bearbeiteten Schicht gewährleistet sind.
Weitere Einzelheiton der Erfindung gehen aus den Figuren zu
bevorzugten Ausführungsbeispielen hervor.
Mit 1 ist eine Substratscheibe dargestellt, die aus einem
tonerdearnen, nach dem erfindungsgemäßen Tiegelziehen hergestellten Magnesium-Aluminium-Spinell-Einkristall herausgearbeitet
ist. Auf ihrer oberen Fläche befindet sich eine mit 2 bezeichnete, einkristallin aufgewachsene Siliziumschieht.
Anordnungen dieser Art werden insbesondere als Vorstufe für die Herstellung integrierter Schaltkreise benötigt
und entsprechend weiterbearbeitet.
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BAD
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Figur 2 zeigt !eine Einrichtung zur Durchführung des für die
Erfindung erforderlichen Tiegelziehens eines tonerdearmen
Magnesium-Aluminiun-Spinell-Einkristalls. In einem Tiegel 11,
der insbesondere aus Iridium besteht, "befindet .sich die Schmelze
des zu einem Sinkristall zu züchtenden Ausgangsmaterials. Die Schmelze, für die bevorzugt Bruchstücke von Spinell-Kristallen
genommen werden, die zuvor nach dem Verneuil-Verfahren
gezüchtet worden waren, wird durch die Energie einer den Tiegel umgebenden Hochfrequenzspule 13 in geschmolzenem Zustand gehalten. 14 ist der durch eine an sich bekannte, hier
nicht näher dargestellte Vorrichtung 15 an einem Keimkristall aus der Schmelze gezogener Spinell-ErtakriFtaTl. ·άΓο·^Keimkristall 16 wurde insbesondere ein nach Verneuil gezüchteter Spinell
verwendet. Zweckmäßigerwoise läßt man den Keimkristall und den zu ziehenden Kristall 14 rotieren, wofür sich insbesondere
30 Umdrehungen pro Minute als günstiger Wert ergeben hat. Die Ziehgeschvrindigkeit liegt vorteilhafterweise etwa im Bereich
zwischen 0,5 bis 1 cm pro Stunde. Als Schutzgasatmosphäre wurde gereinigtes Argon verwendet,
AIa bevorzugte Ziehrichtung wurde die bereits oben als besonders
geeignet angegebene Aufwachsrichtung nämlich die (001 )-Richtung
vorgesehen.
9 Patentansprüche . ■ " ■ .
2 figuren ■ ·
2098U712SS
BAD ORIGINAL
Claims (9)
1. Ealbleiter-Aufwaehssehicht auf einem ho chi so Ii er end em Magnesiura-Aluminium-Spinell-Einkristall
als Substrat, dadurch gekennzeichnet, daß der Einkristall aus dem Tiegel gezogen ist
und eine molare Zusammensetzung Magnesiumoxid zu Aluminiumoxid
kleiner oder gleich 1:2,5 aufweist.
2. Halbleiter-Aufwachsschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das aufgewachsene Halbleitermaterial epitaktisch abgeschieden ist.
3. Halbleiter-Aufwachsschicht nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial Silizium ist.
4. Halbleiter-Aufwachssehicht nach Anspruch 1, 2 oder 3, da-
- durch gekennzeichnet, daß die Fläche des Substratmaterials, auf dem die Halbleiterschicht aufgewachsen ist, eine (001)
-Fläche ist.
5. "onordearraer mechanisch stabiler, versetzungs-, verkippungs-,
und entnischur.goaraer Hagnesium-Aluminium-Spinell-Einkristall,
hergestellt durch Aufwachsen aus der Schmelze und insbesondere als Substrat für dünne Halbleiter-Aufwachsschichten nach einem
der Ansprüche 1 bis 4- zu verwenden, dadurch gekennzeichnet,
daß der Einkristall mit einem molaren Verhältnis Magnesiumoxid zu Aluminiumoxid = 1:2,5 durch sogenanntes Tiegelziehen
(Czochralskiverfahren) hergestellt ist.
6. Einkristall nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis kleiner als 1:1,8 ist. .
7. Einkristall nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis 1:1 (stöchioniGtrisch) ist.
— 7 - ' 209814/1255 BAD oa
PA 9/501/439 ■ . .- 7 - ·
8. Verfahren zur Herstellung eines Sinkristalls nach einem
der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das
Magnesium-Aluminiurjoxid in einem Iridiumtiegel im Schmelzfluß gehalten wird. . -
9. Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als
Keimkristall ein nach Verneuil gezüchteter Einkristall
mit einen von den zu ziehenden Einkristall abweichenden,
insbesondere größeren Verhältnis Magnesiumoxid zu Aluminiumoxid verwendet v/ird.
2098HM255 bad orksinal
Leerseite
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Cited By (1)
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