DE1794273A1 - Verfahren zum Herstellen epitaktischer Halbleiterschichten auf Fremdsubstraten - Google Patents

Verfahren zum Herstellen epitaktischer Halbleiterschichten auf Fremdsubstraten

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DE1794273A1
DE1794273A1 DE19681794273 DE1794273A DE1794273A1 DE 1794273 A1 DE1794273 A1 DE 1794273A1 DE 19681794273 DE19681794273 DE 19681794273 DE 1794273 A DE1794273 A DE 1794273A DE 1794273 A1 DE1794273 A1 DE 1794273A1
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Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT München 2, 3 Q. APR. 1S 7 C
Witteisbacherplatz
7PA 68/2956
Verfahren zum Herstellen epitaktischer Halbleiterschichten auf Fremd sub s traten _____
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen dünner, aus Halbleitermaterial bestehender ein-.kristalliner Schichten auf einem einkristallinen, vorzugsweise scheibenförmigen Substratkörper anderer chemischer Zusammensetzung, aber gleicher oder ähnlicher Gitterstruktur durch einen epitaktischen Aufwachsprozeß.
10 9 8 3 9/1399
Bei der Herstellung von integrierten Halbleiterschaltkreisen auf Fremdsubstratraaterial besteht der Wunsch, möglichst dünne Schichten von Halbleitermaterial auf den Fremdsubstrat mit einer hohen Kriställperfektion abzuscheiden. Es soll vermieden werden, daß sich dabei
1) die Kristallfehler des Substrates in die aufgewachsene Schicht, die ja für die Punktion des integrierten HalbleiterSchaltkreises verantwortlich ist, hinein fortsetzen,
2) Ausscheidungen im Substrat, die bei Wärmebehandlungen iia Temperaturbereich der Abscheidung im Substrat auf--. treten können, in der Schicht^ Y/achstumsstörungen erzeugen,
3) äußere, z. B. apparative Einflüsse in Form von Verunreinigungspartikel Störungen in der Schicht verursachen und
4) die Abweichungen des Gitters der Aufwachsschicht vorn Gitter des Substrats Fehler in der Aufwachsschicht verursachen.
Diese Hänge! werden durch das erfindungsgemäße Verfahren dadurch beseitigt, daß der Substratkörper in eine aus dem entsprechenden Halbleitermaterial bestehende Schmelze eingetaucht und nach Einstellung des Teraperaturausgleiehs zwischen Substratkürper und Schmelze durch langsames Herausziehen des Substratkörpers aus der Schmelze ein epitaktisches Anwachsen des Halbleiterraaterials an der Oberfläche des Substratkörpers bewirkt wird.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, beim Herausziehen des mit der Halbleiterschicht bedeckten Substratkörpers eine Ziehgeschwindigkeit von 5o bis 1oo mm/h einzustellen.
Gemäß einem besonders günstigen Ausführungsbeispiel nach 3ο der Lehre der Erfindung wird ein Substratkörper mit elek-
9 8,3.9/13 9 9 - 3 -
tr is cli isolierenden Eigenschaf tens vorzugsweise mit Spinellstruktur, verwendet. Sehr gute Ergebnisse mirden erhalten bei der Verwendung eines Mg-Al-Spinellkristails als Substrat, der eine Zusammensetzung von MgOrAIpO^ wie 1:1 bis 1:3,5} vorzugsweise 1:1 bis 1:2,5 aufweist. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die zur Beschichtung vorgesehene Substratoberfläche in der (iöo)-Ebene orientiert ist.
Gemäß einen anderen Ausführungsbeispiel nach der Lehre der Erfindung wird bei Verwendung von Saphir (oder Korund) als Substratkörper zur Beschichtung eine Substratoberfläche ausgewählt, die in der (oo1)-Ebene orientiert ist.
Als Halbleitermaterial können Silicium, Germanium oder
Ai:tIBV-Verbind
bracht werden.
A B -Verbindungen, insbesondere Galliumarsenid, aufge-
Zur Erzeugung von Halbleiterschichten mit unterschiedlichem Leitungstyp und/oder unterschiedlicher Leitfähigkeit werden der Schmelze dotierende Stoffe zugegeben.
Es liegt in Rahmen der Erfindung, mehrere Halbleiterschichten verschiedener Leitfähigkeit aus dem gleichen oder aus verschiedenen Halbleitermaterial in der entsprechenden Reihenfolge abzuscheiden. Dabei wird der Substratkörper mit der zuletzt aufgebrachten epitaktischen Schicht als AuGgangssubstratkörper für eine weitere epitaktische Abscheidung von Halbleitermaterial verwendet.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist die Möglichkeit gegeben, Dünnschicht-Halbleiterbauelemente auf Freiadsubstraten herzustellen und gegebenenfalls aus einkristallinen llehrfachs chi chtungen aufzubauen.
- 4 -109839/1399
Zur näheren Erläuterung der Erfindung anhand eines Ausführungs"beispiels wird nunmehr auf die Figuren 1 und Bezug genommen.
In Fig. 1 ist eine einfache Schichtenfolge, wie sie "bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens entsteht, abgebildet. Darin bedeutet 1 einen aus· einer Scheibe bestehenden einkristallinen Substratkörper aus IJg-Al-Spinoll der Zusammensetzung MgQtAIpQ, = 1:2,5 und 2 eine auf diesem Substratlcörper epitaktisch abgeschiedene Schicht aus Silicium von ca. 1o/u Schichtstärke, Die zwangsläufig auf der Unterseite des Substratkorpers entstehende Siliciumschicht wird auf. mechanischem Wege oder durch Ätzen entfernt. Die so erhaltene, mit der Halbleiterschicht versehene Spinellkristall- scheibe wird nach bekannten Verfahren der Planartechnik zu integrierten Halbleiterschaltkreisen mit isoliertem Fremdsubstrat weiterverarbeitet.
Fig. 2 zeigt eine schematisch dargestellte Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei bedeutet 3 die in einem Tiegel 4 befindliche Halbleiterschmelze, aus welcher bei einer Ziehgeschwindigkeit von · 5o mm/h in Richtung des Pfeiles 5 unter Verwendung einer einkristallinen LIg-Al-Spinellkristallscheibe 1 als Keimling eine Halbleiterschicht 2 auf den in der (loo)-Ebene orientierten Oberflächen epitaktisch abgeschieden wird.
12 Patentansprüche
2 Figuren
- 5 /:φΑ 109839/1399
:?*"'ί.'\' . , BADORlGiNAL

Claims (11)

  1. T. Verfahren zum Herstellen dünner, aus Halbleitermaterial "bestehender einkristalliner Schichten auf einem einkristallinen, vorzugsweise scheibenförmigen Substratkörper anderer chemischer Zusammensetzung, -aber gleicher oder ähnlicher Gitterstruktur durch einen epitaktischen Aufwachsprozeß, dadurch gekennzeichnet, daß der Substratkörper in eine aus dem entsprechenden Halbleitermaterial bestehende Schmelze eingetaucht und nach Einstellung des Temperaturausgleichs zwischen Substratkörper und Schmelze durch langsames Herausziehen des Substratkörpers aus der Schmelze ein epitaktisches Anwachsen des Halbleitermaterials an der Oberfläche des Substratkörpers bewirkt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ziehgeschwindigkeit von 5o - too mm/h eingestellt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Substratkörper mit elektrisch isolierenden Eigenschaften, vorzugsweise mit Spinellstruktur, verwendet wird.
  4. 4. Verfahren nach mindestens einen der Ansprüche 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß als Substratkörper ein Mg-Al-Spinell der Zusammensetzung von MgO;AlIO' wie 1:1 bis 1:3,5 verwendet wird.
  5. 5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Mg-Al-Spinells die zur Beschichtung vorgesehene Substratoberfläche in der (100)-Ebene orientiert ist.
    - 6 -109839/1399 1^0 °*®1Nal
    ΡΛ 9/501/443 - 6 -
  6. 6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Saphir oder Korund als Substratkörper die zur Beschichtung vorgesehene Substratoberfläche in der (ooi)-Ebene orientiert ist.
  7. 7. Verfahren nach mindestens eineraoder Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß als Schmelze eine Siliciumschmelze verwendet wird.
  8. 8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß als Schmelze eine Germaniumschmelze verwendet wird.
  9. 9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1<- 6, da-
    TTT γ
    durch gekennzeichnet, daß eine Schmelze aus A B -Verbindungen, insbesondere aus Galliumarsenid, verwendet wird.
  10. 10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelze des Halbleitermaterials dotierende Stoffe beigegeben werden.
  11. 11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 1o, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Halbleiterschichten verschiedener Leitfähigkeit aus den gleichen oder verschiedenen Halbleitermaterial nacheinander auf dem Substratkörper aufgebracht werden, wobei der Substratkorper mit der zuletzt aufgebrachten Schicht als Ausgangssubstratkörper für eine weitere epitaktische Abscheidung von Halbleitermaterial verwendet wird.
    1.2. Verwendung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1-11 zur Herstellung integrierter Halbleitcrschaltkreise auf Fremdsubstraten.
    BAD ORIQiNAL
    109839/1399
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