DE2025779C3 - Verfahren zum Abscheiden einer Schicht aus einer binären Verbindung an der Oberfläche eines Halbleiterkristalls - Google Patents

Verfahren zum Abscheiden einer Schicht aus einer binären Verbindung an der Oberfläche eines Halbleiterkristalls

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Abscheiden einer Schicht aus einer binären Verbindung eines chemischen Elements A mit einem chemischen Element B an der Oberfläche eines z. B. aus Silicium bestehenden Halbleiterkristalls aus der Gasphase entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein einschlägiges Verfahren ist in der DE-OS 42 292 beschrieben, bei dem es sich um die Abscheidung von hochtemperaturbeständigen Metall- und Nichtmetall-Carbiden auf einem Grundmaterial handelt. Dies geschieht durch thermische Umsetzung eines mit Wasserstoff vermischten Metallhalogenids und eines gasförmigen Kohlenwasserstoffes an der Oberfläche des erhitzten Substratkörpers, der in einem Reaktionsgefäß angeordnet ist. Dabei wird in den den Substratkörper enthaltenden Reaktionsraum zuerst das Metallhalogenid und erst dann der Kohlenwasserstoff eingeleitet, um im Interesse eines guten Haftvermögens der abzuscheidenden Carbidschicht eine vorzeitige Abscheidung von elementarem Kohlenstoff an der Substratoberfläche zu unterbinden.
Ferner ist durch die US-PS 30 98 763 ein chemischer Reaktor bekannt, bei dem der Zufuhr der erforderlichen Reaktionsgase dienende Zuleitungen bis in die unmittelbare Nachbarschaft des erhitzten Substrats herangeführt sind und außerdem während des Betriebes durch eine Kühlvorrichtung gekühlt werden, um eine vorzeitige Abscheidung bzw. Zersetzung der Reaktionsgase zu unterbinden.
Bei der Herstellung von als Passivierungs-, Maskierungs-, Dotierungsschichten sowie Kontaktierungsschichten auf Halbleiteroberfiächen zu verwendenden Belegungen muß darauf geachtet werden, daß diese Schichten in bezug auf ihre Unterlage eine genügend hohe Haftfestigkeit aufweisen und in ihrer Ausbildung bezüglich ihrer Dicke sehr gleichmäßig, porenfrei und homogen beschaffen sind. Außerdem dürfen keine Spuren von Fremdbestandteilen in ihnen enthalten sein.
Dasselbe gilt auch für Schichten halbleitenden Charakters, die an der Oberfläche eines Halbleiterkristalls aufgebracht werden.
Solche halbleitenden bzw. semiisolierenden ggf. optisch anregbaren Schichten können aus Sulfiden bestehen, die erfindungsgemäß entsprechend der Lehre des Patentanspruchs 1 hergestellt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt, in einfacher Weise Silicium- und andere Halbleiterkristallscheiben mit dichten sulfidischen Belegungen zu versehen, wobei sich die Schichtdickenkonstanz durch entsprechende Gleichmäßigkeit des aus der Düse austretenden Gasstromes bzw. dessen Führung über der Oberfläche des zu beschichtenden Halbleiterkristalls ohne weiteres auf Toleranzen von weniger als 5% abstimmen läßt.
Einzelheiten der Erfindung werden nun an Hand der Zeichnung näher beschrieben.
Bei der in der Figur dargestellten Apparatur zur Abscheidung sulfidischer Schichten an der Oberfläche von scheibenförmigen Halbleiterkristallen sind A, B, C und D Vorratsbehälter bzw. Druckgasflaschen und a, b, c und d die dazugehörigen Feinregulierventile zur genauen Einstellung der Strömungsgeschwindigkeit, weiche mittels der Strömungsmesser U, 12, 13 und 14 kontrolliert wird. Weiter sind Absperrventile 1, 2 und 3 vorgesehen.
Im Vorratsbehälter A befindet sich Schwefelwasserstoff, mit dem der VA-Metallkasten 4 über die beiden Öffnungen 5 und 6 in den Seitenwänden während der Abscheidung gespült wird. Im Vorratsbehälter B befindet sich ein inertes Spül- und Trägergas, z. B. Stickstoff oder Argon. Im Vorratsbehälter C befindet sich das Hydrid des Elements B, dessen Sulfid auf der Oberfläche der Halbleiterkristalle abgeschieden werden soll. z. B. Arsenwasserstoff (ASH3) und im Vorratsbehälter D das Hydrid eines anderen Elements B, z. B. SiH4, zur Abscheidung von Sulfidgemischen.
Der VA-Stahlkasten 4 hat als Frontwand ein nach oben aufklappbares, gasdicht schließendes Quarzglasfenster 15, welches nicht unbedingt, wie in der Figur dargestellt, die gesamte Vorderfront des Stahlkastens 4 einnehmen muß. Die übrigen Wände können, soweit erforderlich, luft- bzw. wassergekühlt sein. Im Kasten 4 befindet sich eine elektrisch beheizbare, rechteckige plane Platte 7, die mechanisch entlang zweier Metallschienen 8 bewegt werden kann. Auf der Platte 7 liegen die zu beschichtenden Halbleiterscheiben 16. Ober den Halbleiterscheiben 16 befindet sich eine auswechselbare Düse 9, in die über die Leitung 10 das die Komponente B enthaltende Reaktionsgas vom Behälter C bzw. bei der Herstellung von Sulfidgemischen vom Behälter C und D auf die erhitzten Halbleiterscheiben 16 strömt,
Mittels eines im Rückteil oder außerhalb des Kastens
4 befindlichen gekühlten Motors (nicht abgebildet) führt die Düse 9 sowohl eine parallel als auch eine senkrecht zur Erstreckung der Metallschienen 8 verlaufende Bewegung aus, so daß alle Halbleiterscheiben gleichmäßig beschichtet werden. Gegebenenfalls kann die Längsbewegung auch durch Verschiebung der Platte 7 auf den Schienen 8 erreicht werden. An der Öffnung 17 des Kastens 4 werden die Abgase in einen Abzug (nicht abgebildet) geleitet.
Sollen an der Oberfläche der Halbleiterscheiben 16 Arsentrisulfidschichten ("As2S3) abgeschieden werden, so beträgt die Temperatur der Platte 7 2800C Der Vorratsbehälter A ist mit Schwefelwasserstoff (H2S), der Vorratsbehälter B mit Stickstoff und der Vorratsbehälter C mit einem aus O,5o/o Arsenwasserstoff und Stickstoff bestehenden Gasgemisch gefüllt.
Die Strömungsgeschwindigkeit mit gleichzeitig aus dpm Vorratsbehälter B zugemischtem Stickstoff versetztem Reaktionsgas aus der Düse 9 betrat 2—31 pro Min. Das Verhältnis von Stickstoff zu Arsenwasserstoff im Reaktionsgas ist auf 200 :1 eingestellt. Gleichzeitig mit der Zufuhr des Reaktionsgases über die Düse 9 wird der Kasten 4 über die Leitungen 18 und 19 und die beiden Öffnungen 5 und 6 und einer Geschwindigkeit von 3 1 pro Min. mit einer Schwefelwasserstoffatmosphäre versehen. Beim Aufströmen des Arsenwasserstoffs auf die 280° C heißen Siliciumscheiben 16 reagiert der Arsenwasserstoff mit dem Schwefelwasserstoff unter Bildung fest haftender dichter Arsensulfid-Glasschichten an der Oberfläche der Siliciumscheiben 16 gemäß
2 AsH3 + 3 H2S = As2S3 + 6 H2.
In analoger Weise lassen sich Antimontrisulfidschichten (Sb2S3) herstellen, die als Belegungen für Vidikons dienen. Jedoch verwendet man hier in Anbetracht der Kurzlebigkeit von SbH3 eine SbH3-EntwickIungsapparatur oder noch zweckmäßiger ein vor· einem inerten Trägergas durchströmtes und mit flüssigem Sb(CH3)3 gefülltes Verdampfergefäß, durch das z. B. bei 200C Stickstoff als Trägergas mit einer Geschwindigkeit von 11 pro Min. geleitet wird. Das auf diese Weise erhaltene Reaktionsgas wird über die Düse 9 in den Kasten 4 eingeleitet und dort mit den erhitzten Siliciumkristallen 16 und dem Schwefelwasserstoff in Kontakt gebracht Die Temperatur der Platte 7 und damit der Halbleiterscheiben 16 wird dabei vorteilhafterweise auf 400—5000C eingestellt. Die übrigen Gasverhältnisse liegen wie bei der Herstellung von As2S3-Schichten.
Da bei dem Verfahren gemäß der Erfindung die Reaktionspartner in Form von Wasserstoffverbindungen angewendet werden, können niedrigere Abscheidungstemperaturen als bei Verwendung von Halogenverbindungen verwendet werden. Außerdem treten keine Abgase auf, die nachteilig auf die Halbleiierkristalle und die abgeschiedenen Schichten sowie die Apparatur einwirken könnten. Niedrige Abscheidungstemperaturen sind aber gerade im Interesse der elektrischen Eigenschaften der abgeschiedenen Suifid-
Ji) schichten erwünscht.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Abscheiden einer Schicht aus einer binären Verbindung eines chemischen Elements A mit einem chemischen Element B an der Oberfläche eines z. B. aus Silicium bestehenden Halbleiterkristalls aus dei Gasphase, bei dem der Halbleiterkristall in einer Atmosphäre aus einer verdünnten gasförmigen Verbindung des im Vergleich zum Element A elektronegativeren Elements B so hoch erhitzt und gleichzeitig über eine gegen die Oberfläche des Halbleiterkristalls gerichtete Düse eine gasförmige Verbindung des Elements B derart zugeführt wird, daß sich an der Oberfläche des Halbleiterkristalls aus dem sich dort bildenden Reaktionsgasgemisch die herzustellende binäre Verbindung kondensiert, dadurch gekennzeichnet, daß als binäre Verbindung ein Sulfid des Elements A erzeugt und hierzu der Halbleiterkristall in einer aus verdünntem Schwefelwasserstoff bestehenden Atmosphäre erhitzt wird, während das Element A in Form eines gasförmigen Hydrids zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Element A Arsen oder Antimon verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit Inertgas, z. B. Stickstoff, verdünnter Arsenwasserstoff (ASH3) über die Düse der Oberfläche des auf 2800C erhitzten Halbleiterkristalls zugeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit Inertgas verdünntes Antimontrimethylgas über die Düse der Oberfläche des erhitzten Halbleiterkristalls zugeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkristall auf eine Temperatur von 400 bis 5000C erhitzt wird.
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