DE2151346A1

DE2151346A1 - Verfahren zum herstellen einer aus einkristallschichtteilen und polykristallschichtteilen bestehenden halbleiterschicht auf einem einkristallkoerper

Info

Publication number: DE2151346A1
Application number: DE19712151346
Authority: DE
Inventors: Sigurd Borchert; Hans Dipl-Ing Herrmann
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1971-10-15
Filing date: 1971-10-15
Publication date: 1973-04-19
Also published as: DE2151346B2; DE2151346C3

Description

Verfahren zum Herstellen einer aus Einkristallschichtteilen und Polykristallschichtteilen bestehenden Halbleiterschicht auf einem Einkristallkörper Aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 614 423 ist bekannt, zur gegenseitigen Isolation von Einkristallschichtteilen auf einem Einkristallkörper zwischen diesen Teilen rahmenförmige Polykristallschichtteile vorzusehen, in die Isolierzonen vom Leitfähigkeitstyp des Einkristallkörpers eindiffundiert werden.
Die Polykristallschichtteile haben den Vorteil von erhöhten Diffusionskoeffizienten für dotierende Verunreinigungen, so daß zur Herstellung der relativ tief zu diffundierenden rahmenförmigen Isolierzonen relativ kurze Zeiten und relativ niedrigere Temperaturen möglich sind. Zur Herstellung der Polykristallschichtteile wird die Oberfläche des Einkristallkörpers durch Vakuum-Ablagerung oder Einkerben mit einer Keimstellenstruktur entsprechend der Struktur der Polykristallschichtteile versehen.
Bei einem ähnlichen Verfahren nach der deutschen Offenlegungsschrift 1 961 225 wird die Keimstellenstruktur durch Aufdampfen von Silicium oder Siliciumoxyd, oder auch mechanisch durch Kratzen oder Sandblasen, erzeugt. Nach der deutschen Offenlegungsschrift 2 045 856 kann die Keimstellenstruktur auch dadurch erhalten werden, daß eine entsprechende Schichtstruktur aus Siliciumdioxyd, Siliciumnitrid, metallischem Molybdän oder Wolfram, Glas mit hohem Schmelzpunkt oder mittels Siliciumdampf aufgebracht wird.
Abgesehen von dem bereits erwähnten Vorteil einer möglichen Kurzzeitdiffusion von dotierenden Verunreinigungen, hat eine aus Einkristallschichtteilen und Polykristallschichtteilen bestehende Halbleiterschicht den4Vorteil, daß die Polykristallschichtteile leichter ätzbar sind, so daß Gräbenstrukturen entsprechend den Strukturen der Polykristallschichtteile durch Ätzen hergestellt werden können, ohne daß Atzmaskierungen verwendet werden müssen.
Die oben erwähnten bekannten Verfahren sind relativ aufwendig, da außer den ohnehin zur Verfügung stehenden Vorrichtungen zur Durchführung von Prozessen der Photolithographie, von Planardiffusionen und von epitaxialen Prozessen, besondere Vorrichtungen und Verfahrensschritte zum Aufbringen der Keimstellenstrukturen erforderlich sind. Außerdem können auf mechanischem Wege Keimstellenstrukturen umso schwieriger hergestellt werden, je kleiner ihre Abmessungen sind.
Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zum Herstellen einer aus Einkristallschichtteilen und Polykristallschichtteilen bestehenden Halbleiterschicht, welche auf einer mit einer Keimstellenstruktur entsprechend der Struktur der mit Polykristallschichtteilen versehenen Oberfläche eines Einkristallkörpers aus der Gasphase bei für einkristallines Wachstum auf freien Oberflächenteilen der Einkristallschichtteile ausreichenden Bedingungen abgeschieden wird, wie aus den oben genannten Literaturstellen bekannt war. Erfindungsgemäß wird ein solches Verfahren dadurch wesentlich vereinfacht und für besonders kleine Strukturen anwendbar gemacht, daß auf der Oberfläche des Einkristallkörpers eine Maskierung mit Durchbrüchen entsprechend der herzustellenden Struktur der Polykristallschichtteile hergestellt wird, daß bei Bedingungen polykristallinen Wachstums innerhalb der Durchbrüche die polykristalline Keimstellenstruktur abgeschieden wird, daß anschließend die Maskierung abgelöst wird und daß schließlich auf der Halbleiteroberfläche die Halbleiterschicht unter Bedingungen einkristallinen Wachstums bezüglich der von der Maskierung befreiten Oberflächenteile abgeschieden wird.
Die Verwendung von Siliciumdioxyd oder Siliciumnitrid (Si3N4) als Material der Maskierung auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers ist besonders günstig, da derartige Maskierungen bereits bei den zur Massenherstellung von Halbleiterbauelementen üblichen Planardiffusionsprozessen angewendet werden. Es sind auch Ätzmittel bekannt und üblich, um Maskierungen aus diesen Materialien durch Ätzen abzulösen.
Das Verfahren der Erfindung findet vorzugsweise Anwendung zum Herstellen von Zonen des einen Leitfähigkeitstyps, insbesondere von rahmenförmigen Isolierzonen, welche eine epitaxiale Schicht des anderen Leitfähigkeitstyps auf einem Grundkörper des einen Leitfähigkeitstyps durchdringen. Bekanntlich werden die Halbleiterelemente einer monolithischen Festkörperschaltung gleichstrommäßig durch derartige rahmenförmige Isolierzonen voneinander getrennt.
Die Erfindung wird im folgenden an einer bevorzugten Ausführungsform anhand der Zeichnung erläutert, in der die Fig. 1 - 4 Querschnitte senkrecht zu der zu beschichtenden Oberfläche des Einkristallkörpers als Ausschnitte zeigen, welche aufeinanderfolgende Arbeitsgänge eines Verfahrens mit den Merkmalen der Erfindung betreffen.
Gemäß der Fig. 1 wird zunächst auf dem Einkristallkörper 1 eine Maskierung 2 mit Durchbrüchen 3 in bekannter Weise unter Anwendung des photolithographischen Verfahrens erzeugt. Der Einkristallkörper 1 wird daraufhin in eine herkömmliche Vorrichtung zum epitaxialen Aufbringen von Halbleiterschichten auf Einkristallkörper eingebracht. Durch Wahl der Bedingungen, insbesondere durch Erniedrigung der Abscheidungstemperatur, wird innerhalb der Durchbrüche 3 die polykristalline Keimstellenstruktur abgeschieden. Zu diesem Zweck wird in bekannter Weise im Falle einer abzuscheidenden Siliciumschicht eine flüchtige Siliciumverbindung, insbesondere ein mit einem inerten Trägergas verdünntes Silan, über den Halbleiterkörper geleitet.
Anhand einiger Versuche, bei denen die Abscheidungstemperatur, die Abscheidungszeit, die Strömungsgeschwindigkeit, die Dicke der Maskierung und die Konzentration des Silans im Trägergas variiert wird, können Bedingungen geschaffen werden, unter denen, unabhängig von der Abmessung der Maskierung, wohl eine Abscheidung von polykristallinem Halbleitermaterial auf der freiliegenden Oberfläche des Einkristallkörpers 1 innerhalb der Durchbrüche 3 erfolgt, überraschenderweise aber nicht auf der Maskierung 2. Es können aber auch ohne wesentlichen Nachteil Bedingungen zugelassen werden, bei denen eine geringfügige Abscheidung von lialbieltermaterial auf der Maskierung 2 stattfindet, so daß die Ablösung der Maskierung 2 nach diesem Abscheidungsprozess von Halbleitermaterial auf dem Einkristallkörper ohne Störung erfolgen kann.
Uber eine geeignete Wahl der Oxydschiclltdicke, der Abscheidungstemperatur, der Gasstromzusammensetzung und der Abscheidungszeit kann aber eine Abscheidung von Silicium auf eine Maskierung von von SiJlciumdioxyd vollkommen ausgeschlossen werden. In diesem Falle wurde die Abscheidung V010 Si 1 icium durch ei.Ile vorgeno1fln1en Wasserstoffreduktion von SiC 1 Nach dem Aufbringen der Keimstellenstruktur 5 wird anschließend die Maskierung gemäß Fig. 3 abgeätzt und unter Bedingungen einkristallinen Wachstums bezüglich der von der Maskierung 2 befreiten Oberflächenteile des Einkristallkörpers 1 Halbleitermaterial schichtförmig aufgebracht. Diese Bedingungen entsprechen denen bei der üblichen epitaxialen Abscheidung von Halbleiterschichten Während auf den freien Oberflächenteilen des Einkristallkörpers 1 ein geordnetes epitaxiales Wachstum erfolgt, kann dabei auf der polykristallinen Keimstellenstruktur 5 das Silicium nur polykristallin gemäß der Fig. 4 aufwachsen.
Das Verfahren der Erfindung ist, wie bereits erwähnt, besonders zum Herstellen von rahmenförmigen Isolierzonen des einen Leitfähigkeitstyps geeignet, welche eine epitaxiale Schicht des anderen Leitfähigkeitstyps auf einem Grundkörper des einen Leitfähigkeitstyps durchdrinqen. Dementsprechend ist in den Figuren der Leitfähigkeitstyp des Einkristallkörpers 1 und der Halbleiterschicht 7 eingetragen. Es können natürlich auch anstelle eines p-leitenden Einkristallkörpers 1 ein n-leitender und anstelle einer n-leitenden Halbleiterschicht 7 eine p-leitende verwendet werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Herstellen einer aus Einkristallschichtteilen und Polykristallschichtteilen bestehenden Halbleiterschicht, welche auf einer mit einer Keimstellenstruktur entsprechend der Struktur der mit Polykristallschichtteilen versehenen Oberfläche eines Einkristallkörpers aus der Gasphase bei für einkristallines Wachstum auf freien Oberflächenteilen der Einkristallschichtteile ausreichenden Bedingungen abgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche des Einkristallkörpers (1) eine Maskierung (2) mit Durchbrüchen (3) entsprechend der herzustellenden Struktur der Polykristallschichtteile (4) hergestellt wird, daß bei Bedingungen polykristallinen Wachstums innerhalb der Durchbrüche (3) die polykristalline Keimstellenstruktur (5) abgeschieden wird, daß anschließend die Maskierung (2) abgelöst wird und daß schließlich auf der Halbleiteroberfläche (6) die Halbleiterschicht (7) unter Bedingungen einkristallinen Wachstums bezüglich der von der Maskierung (2) befreiten Oberflächenteile abgeschieden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche (6) des Einkristallkörpers (1) eineMaskierung (2) aus Siliciumdioxyd hergestellt .wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurc#h gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche (6) des Einkristallkörpers (1) eine Maskierung (2) aus Siliciumnitrid (Si3N4) hergestellt wird.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Halbleiterschicht (7) aus Silicium aus der Gasphase abgeschieden wlrd.

5. Verfahren nach Ansprüchen L bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Maskierung (2) durch Ätzen abgelöst wird.

6. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Anwendung zum Herstellen von Zonen des einen Leitfähigkeitstyps, welche eine epitaxiale Schicht des anderen Leitfähigkeitstyps auf einem Grundkörper des einen Leitfähigkeitstyps durchdringen.

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