DE2154386A1 - Verfahren zum Herstellen einer epitaktischen Schicht auf einem Halbleitersubstrat, bei dem das Selbstdotieren beim Aufwachsen der Schicht auf ein Mindestmaß verringert wird - Google Patents

Verfahren zum Herstellen einer epitaktischen Schicht auf einem Halbleitersubstrat, bei dem das Selbstdotieren beim Aufwachsen der Schicht auf ein Mindestmaß verringert wird

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Description

1. November 1971 Dr.Schie/E
Docket II 970 031 U.S.Serial No 86208
Anmelderin: International Business Machines Corporation, Armonk, New York 10504-, V. St. A.
Vertreter: Patentanwalt Dr.-Ing. Eudolf Schiering, 70$ Böblingen, Westerwaldweg 4·
Verfahren zum Herstellen einer epitaktischen Schicht auf einem Halbleitersubstrat» bei dem das fflbstdotieren beim Aufwachsen der Schicht auf ein Mindestmaß verringert wird
Die Erfindung befaßt sich mit dem Herstellen einer epitaktischen Schicht auf einem Halbleitersubstrat, bei dem während des Aufwachsens der Schicht das Selbstdotieren auf ein Mindestmaß verringert wird. Die Erfindung betrifft ferner das Züchten von epitaktischen, polykristallinen und amorphen Schichten auf Halbleitersubstraten· Sie betrifft insbesondere ein Verfahren zur Erlangung einer Kontrolle über Störstellenkonzentrationspegel in der epitaktischen Schicht oder einer anderen niedergeschlagenen Schicht·
Unter dem Ausdruck "Epitaxie" versteht man bekanntlich die Fortsetzung der Gitterstruktur eines kristallinen Substrates im niedergeschlagenen (abgelagerten) Material·
In der Halbleiterindustrie wird eine Schichtaus Halbleitermaterial konventionell auf ein monokristallines Halbleiterplättchen niedergeschlagen. Dabei findest das Kristallgitter der Schicht im Halbleiterplättchen seineFortsetzung·
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Die aktiven Bereiche der Vorrichtungen werden im allgemeinen in der epitaktischen Schicht gebildet, und das Basisplättchen dient normalerweise mit als Unterlage.
Beim Herstellen integrierter Schaltungsvorrichtungen ist es üblich, in das Basisplättchen Störstoffe zu diffundieren, damit in der epitaktischen Schicht Subkollektorbereiche für die Fabrikation von Transistoren gebildet werden können. Hierzu ist zu erwähnen, daß aus diesen Bereichen während der Anfangsphasen des epitaktischen Niederschlagszyklus Störstoft fe ausdiffundieren, die sich dann über der Oberfläche des Plättchens nach den Seiten ausbreiten· Diese Störstoffe werden beim Aufwachsen der epitaktischen Schicht dem oberen Teil des Substrates, das vor der epitaktischen Schicht liegts und der epitaktischen Schicht selbst einverleibt«,
Bei bestimmten Substrattypen, bei denen das Basisplättchen und die epitaktische Schicht mit derselben Störstofftype dotiert sind, kann der entgegengesetzte, aus den diffundierten Zonen des Substrates ausdiffundierte Störstofftyp bis zu einem solchen Grade einverleibt werden, welcher ausreicht, um die Dotierung der Zwischenzone zu ändern.
w Bei anderen Yorrichtungen, wo die diffundierte Zone und die epitaktische Schicht vom selben Leitfähigkeitstyp und vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp in Bezug auf das Basisplättchen sind, treten in den spezifischen Widerständen der epitaktischen Schicht bei niedrigen Widerstandswerten in der Nähe der Übergangs zone Änderungen auf, was zu nachteiligen Effekten auf die Aus führung s form der Vorrichtung führen kann. Mit der Entwicklung der Halbleitertechnologie wurden die Bauelemente und die Halbleitervorrichtungen immer kleiner. Die in solchen Halbleitervorrichtungen enthaltenen aktiven als auch passiven Bauelemente kommen immer dichter zueinander zu liegen. Die durch die Selbstdotierungserscheinungeil
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aufgeworfenen Probleme wurden somit immer ernster·
Dies trifft vor allem auch bei Vorrichtungen nach Art der Patentanmeldung P 20 55 162.6 bzw. nach Art der Deutschen Offenlegungsschrift 2 055 162 der Klasse 21g 11/02 zu. Bei dieser Patentanmeldung handelt es sich um ein Verfahren zur Isolationsbereichbildung im Halbleitersubstrat des einen Leitfähigkeitstyps einer monolithischen Halbleitervorrichtung. Dieses Verfahren ist dadurch ausgezeichnet, daß Störstoffe des anderen Leitfähigkeitstyps in das Substrat über gewünschte Oberflächenstellen eingeführt werden, daß eine Schicht des einen Leitfähigkeitstyps auf dem Substrat epitaktisch gebildet wird und daß diese epitaktische Schicht und dieses Substrat einer Behandlung ausgesetzt werden, bei der Störstoffe durch die epitaktische Schicht hindurch in die Oberfläche der epitaktischen Schicht vollständig ausdiffundiert werden. Es ist hier ein Verfahren beschrieben, bei dem Bauelemente in bestimmten Bereichen durch Ausdiffusion eines stark dotierten Gebietes, welches Im Basisplättchen liegt, gebildet werden, wobei das Ausdiffundieren in die epitaktische Schicht hinein erfolgt.
In derartigen Fällen werden Plättchenbasis und die darüberliegende epitaktische Schicht mit Störstoffen gleichartigen Typs dotiert·
Das Selbstdotieren führt an der Grenzfläche von Plättchen (wafer) und epitaktischer Schicht zu dünnen, ausgedehnten Störstellenbereichen, die sich überlappen können, wenn die Bauelemente dicht beieinander sind und interne, unangenehme Kurzschlüsse verursachen.
Das Selbstdotieren verursacht auch Probleme in anderen aktiven und passiven Bauelementen, wenn es von unerwünschten
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und unkontrollierten Storstellenprofilen herrührt. Ein spezifisches Beispiel ist die Bildung eines Widerstandes in einer epitaktischen Schicht. Eine ungleichförmige Dotierung dieser Schicht bewirkt Bereiche höherer. Leitfähigkeit innerhalb des Widerstandes, was die Verfahrenskontrolle und die Herstellung kompliziert·
Für das Verfahren des epitaktischen chemischen Niederschlagens aus dem Dampf sind bei den epitaktischen Aufwachs« Prozessen drei Haupttypen bekanntgeworden. Es sind dies der Disproportionierangsprozeß, der pyrolythische Zersetzungsprozeß und der Verbindungsreduktionsprozeß·
Beim epitaktischen Niederschlagen aus der Dampfphase mit Disproportionsreaktion wird im Grunde genommen ein Material, welches ein Halbleiter-Bestandteil ist, zu einer Verbindung mit einem Trägerelement oder Material bei einer Temperatur im Niederschlagssystem entwickelt und bei einer anderen tieferen Temperatur an dem typisch monokristallinen Substrat ausgelöst oder disproportioniert.
Bei den pyrolythischen Zersetzungsprozessen wird eine Verbindung, welche den Halbleiter als einen Bestandteil enthält, durch Erhitzung in der Nachbarschaft des Substrates zersetzt, und der Halbleiter-Verbindungsbestandteil des Substratgitters wird durch diesen Bestandteil erweiterto
Beim Verbindungsreduktionsprozeß wird das niederzuschlagende Element in Form einer gasförmigen Verbindung eingeführt, welche, insbesondere durch Wasserstoff, anschließend reduziert wird. Dies geschieht an der Substratseite, die normalerweise auf eine Temperatur erhitzt wird, welche wesentlich über der Umgebungstemperatur liegt·
Das epitaktische Aufwachsen findet typisch bei erhöhten
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Temperaturen statt. Das epitaktische Niederschlagen von Silicium auf ein Siliciumsubstrat tritt zum Beispiel normalerweise im Temperaturbereich von 900 bis 1200°0 auf.
Bei der Fabrikation von integrierten Schaltungsvorrichtungen ist es zweckmäßig, eine epitaktische Schicht auf einem Halbleitersubstrat über diffundierten Gebieten im Substrat niederzuschlagen. Bei der Temperatur, bei welcher epitaktisches Wachsen stattfindet, hat der Storstoff in einem diffundierten Gebiet eine genügende Aktivität, um aus dem diffundierten Gebiet herauszukommen.
Man hat gezeigt, daß der Hauptgasfluß in einem typischen Reaktor eine Schicht aus relativ statischem Gas in der unmittelbaren Nachbarschaft der Substratoberfläche erzeugt. Bei den Wachstums-Temperaturen werden die flüchtenden Störatome eine ausreichende Energie haben, um diese Gasschicht zu verlassen und in den Hauptgasfluß einzutreten, obgleich es den meisten der Störatome aus dem diffundierten Gebiet an ausreichender Energie mangelt, um in die Grenzschicht einzudringen. Die Folge ist dann, daß diese Störatome in der generell statischen Gaa&Üßht sich seitlich verteilen, da es keine thermischen oder aerodynamischen Beschränkungen für die Seitenbewegung der Atome in der Schicht gibt. Dies führt wiederum zu der Möglichkeit, daß sich Storstoffatome auf die Oberfläche des Substrates oder der wachsenden Schicht ablagern können und zwar nicht nur über dem diffundierten Gebiet, sondern auch über den nichtdiffundxerten Substratgebieten ablagern können.
Dieser Seitendrift der Störstellenatome ist der Tendenz zur Schaffung eines Gleichgewichts der Störstoffkonzentration in der Gasphase der Grenzschicht zuzuschreiben, was die epitaktische Schicht oder eine selbstdotierte Schicht in wesentlichen Abständen vom dirfundierten Gebiet im Substrat ver-
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ursacht. Die Verteilung ist relativ unempfindlich zur allgemeinen Richtung des Hauptgasflusses. Die Störstoff konzentrat ion nimmt mit der Entfernung vom diffundierten Gebiet ab, sie ist Jedoch in wesentlichen Abständen von der diffundierten Zone noch bedeutsam.
Die Erfindung liefert ein Verfahren zum Aufwachsen einer epitaktischen Schicht derart, daß sie infolge der Selbstdotierung keine unkontrollierte Störstoffkonzentration aufweist. Die Erfindung bringt eine bedeutsame Reduktion des Selbstdotierens aus dem diffundierten Gebiet eines Substrates durch ein Kontrollieren des Ausmaßes der Wiederablagerung der geflüchteten Störstoffe.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht in der Schaffung eines Verfahrens zur Herabsetzung des Selbstdotierens auf ein Mindestmaß, wobei der Druck der zur Bildung der epitaktischen Schicht benutzten gasförmigen Reaktionsmischung bedeutend unter den atmosphärischen Druck während des Prozesses reduziert wird. Ein reduzierter Druck wird mindestens während der Bildung der kappenden Anfangsschicht benutzt. Der Druck kann danach auf den Standarddruck erhöht werden, ohne daß die vorher aufgetragene Schicht beeinflußt wird.
Das Selbstdotieren während des epitaktischen Auftragens eines Halbleiters auf ein Basisplättchen, das eine diffundierte Zone enthält, wird durch Aufrechterhalten des Druckes der gasförmigen Reaktionsmischung im Bereich von 0,01 bis 150 Torr mindestens während der Bildung des epitaktischen Anfangsniederschlages auf ein Mindestmaß verringert.
Der reduzierte Druck der gasförmigen Reaktionsmisshung ändert die Natur der Grenzschicht. Dies ermöglicht, daß bedeutend größere Mengen der inneren flüchtenden Störstoffe
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sich in den Reaktionsstrom verflüchtigen.
Das gasförmige Eeaktionsgemisch enthält ein Trägergas und eine Verbindung des Halbleitermaterials. Der Druck des Reaktionsgemisches wird vorzugsweise nach der Bildung der Anfangs-Kappensehicht erhöht, um die Länge der Gesamtniederschlagszeit zu reduzieren, die man zur Bildung der epitaktischen Schicht braucht.
Das Selbstdotieren wird also bei der Erfindung während des Aufwachsens der epitaktischen Schicht auf einem' Halbleitersubstrat durch Kontaktieren des Substrats mit einer gasförmigen Reaktionsmischung bei niedrigem Druck, der wesentlich unter dem atmosphärischen Druck liegt, um wenigstens die kappende Anfangsschicht niederzuschlagen, auf ein Mindestmaß reduziert·
Das Reaktionsgemisch enthält einen relativ geringen Teil einer Halbleiterverbindung zusammen mit einem Trägergas. Danach kann eine zweite gasförmige Reaktionsmischung benutzt werden, welche einen größeren Teil einer Verbindung eines Halbleitermaterials enthält, um das Aufwachsen der epitaktischen Schicht abzuschließen.
Bei dem Herstellen einer epitaktischenSiiicht ist es durch die amerikanische Patentschrift 5 364 084· bereits bekanntgeworden, daß der Druck von 0,1 Mikron bis zu mehreren Atmosphären beim Auftragen der epitaktischen Schichten variieren kann. Das Verfahren nach dieser amerikanischen Patentschrift richtet sich jedoch nicht an das Problem des Selbstdotierens.
Die Erfindung sei nachstehend an Hand der Zeichnungen für eine beispielsweise und bevorzugte Ausführungsform näher
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erläutert. Aus der nachfolgenden Beschreibung sind weitere Merkmale der Erfindung und der Aufgabenstellung zu entnehmen.
Die Figuren 1 bis 3 sind eine Folge von Vertikalschnittansichten mit aufgebrochenem Querschnitt eines Halbleiterplätt. chens. Sie illustrieren die Struktur in den verschiedenen Stufen des Verfahrens nach der Erfindung.
Die Fig. 4 enthält eine graphische Darstellung des Gas-Reaktionsdruckes P im Reaktor in Abhängigkeit von der Niek derschlagszeit t. Diese Darstellung ist für einen bevorzug-■ ten, praktischen Ausführungsmodus des Verfahrens nach der Erfindung aufgenommen.
Fig. 5 zeigt eine Vertikalansicht des Querschnittes einer Halbleitervorrichtung, die das durch Selbstdotieren beim Auftragen einer epitaktischen Schicht nach dem bekannten Verfahren erzeugte Profil illustriert·
Fig. 6 ist eine graphische Darstellung der Störstoffkonzentration in Abhängigkeit von der Tiefe· Sie illustriert das Störstellenprofil in einer Vorrichtung vom Typ der in Fig.5 gezeigten Vorrichtung, die aus einem unkontrollierten Selbst-) Niederschlagsprozeß entstanden ist. Die diesbezügliche Kurve steht in Fig. 6 im Vergleich mit einem durch das Verfahren nach der Erfindung erzeugten Profil.
Fig. 7 enthält eine Vertikalansicht eines Halbleiterbauelements. Dabei ist die Natur des Gebietes in einer P-leitenden epitaktischen Schicht illustriert, wie sie sich aus den bekannten Niederschlagsmethoden ergibt,
Fig. 8 ist eine graphische Darstellung der Störstoffkonzentration in Abhängigkeit von der Tiefe, aufgenommen längs
- 9 des Schnittes 7A - ?λ von Fig. ?.
Die Figur 5 veranschaulicht die Konfiguration eines ausdiffundierten Störstellengebietes in einer nach konventioneller Methode aufzutragenden epitaktischen Schicht. Wie in Fig. 5 illustriert, erzeugt die diffundierte Zone 10 im Halbleiterplättchen 12 in einer epitiaktisehen Schicht 14 ein Gebiet 15, welches lange, seitlich ausgedehnte Gebiete 16 über der Zone 10 enthält und welche an der Girenzfläche zwischen dem Plättchen 12 und der Schicht 14 liegen.
Das Gebiet 16 verursacht bei manchen Vorrichtungstypen Kurzschlüsse zwischen aktiven Bauelementen. Es ändert auch die Charakteristiken der Widerstände, wenn in der Schicht 14 integrierte Schaltungsvorrichtungen fabriziert werden.
In Fig. 6 zeigt die Kurve A das längs des Schnittes 6A aufgenommene Profil. Es zeigt eine relativ starke StörStellenkonzentration in der Nachbarschicht der Grenzfläche·
Fig. 7 zeigt die Art eines diffundierten Gebietes 20, das in einem P-Substrat 18 mit einer P-dotierten epitaktischen Schicht 30 nach bekannter Methode hergestellt wurde und bei dem die Kontrolle des Selbstdotierens fehlt.
Es sei bemerkt, daß das diffundierte Gebiet, das eine dünne, seitlich sich ausbreitende Zone 16 enthält, an der Grenzfläche 17 zwischen Substrat 18 und epitaktischer Schicht 30 lokalisiert ist. Die Fig. 8 zeigt das Störstellenprofil 32 der Vorrichtung nach Fig. 7» das längs des Schnittes 7A aufgenommen wurde. Die Kurve 34 zeigt zum Vergleich das Profil einer ähnlichen Vorrichtung ohne die seitlich sich ausbreitenden Gebiete. Im Falle der Kurve 34 liegt eine Benutzung des Verfahrens nach der Erfindung vor, bei dem das Selbstdotieren kontrolliert ist.
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Fig. 1 zeigt ein monokristallines Plättchen (wafer) 18 vom P-Typ und mit einem diffundierten Gebiet, das eine relativ hohe Konzentration an N-Typ-Störstoffen aufweist. Auf dem Basisplättchen 18 ist anfänglich eine dünne epitaktische Schicht 22 aufgewachsen· Zur Bildung dieser Schicht 22 wird das Basisplättehen 18 in einen Epitaxie-Reaktor eingebracht und dort auf eine Temperatur gebracht, bei der das epitaktische Aufwachsen stattfindet. Das Plättchen 18 kommt dort in Kontakt mit einer gasförmigen Reaktionsmischung aus der halbleitendes Material niedergeschlagen werden kann·
Das gasförmige Reaktionsgemisch enthält eine Verbindung aus halbleitendem Material, ein Trägergas und normalerweise ein Störstoffmaterial zum Dotieren der sich ergebenden epitaktischen Schicht. Nach der Kontaktnahme mit dem erhitzten Plättchen wird sich Halbleitermaterial auf dem Plättchen ab_ lagern und eine Fortsetzung des Original-Kristallgitters des Plättchens herstellen. Dies ist in Fig. 2 illustriert.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird der Selbstdotierungseffekt während des Auftragens der Schicht 22 auf ein Mindestmaß reduziert. Dazu wird der Dampfdruck des Anfangs-Gasgemisches im Reaktor auf einen relativ niedrigen Wert im Bereiche von 0,01 bis 150 Torr, vorzugsweise im Bereich von 1 bis 75 Torr gehalten.
Theoretisch wird über der Oberfläche des Plättchens eine Grenzschicht gebildet. Diese Grenzschicht ist ein Gebiet von bestimmter Dicke, die sich in den thermischen, chemischen und aerodynamischen Verhältnissen stark vom Hauptstrom des Gases im Reaktor unterscheidet. Die Abmessungen der Grenzschicht sind bestimmt durch die lineare Gasströmungsgeschwindigkeit,durch die Temperatur, den Gasdruck und andere Faktoren.
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Durch, das Aufrechterhalten eines niedrigen Druckes des gasförmigen Reaktionsgemisches haben Störstoffe, welche aus dem Gebiet 20 in die Grenzschicht abwandern, eine größere Wahrscheinlichkeit der Vermeidung des Einfangens im Halbleitermaterial, wenn das epitaktische Niederschlagen weiterläuft. Um im Reaktor einen niedrigen Druck aufrechtzuerhalten, wird eine Vakuum-Pumpe verwendet.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, diffundieren Störstoffe im Gebiet 20 bei Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung aufwärts, jedoch gibt es keine bedeutsame seitliche Versetzung auf der Grenzfläche des Basisplättchens 18 und der Schicht 22.
Der Druck des benutzten Reaktionsgemisches für das Fertigstellen der epitaktischen Schicht 22 wird bis zu einem gewissen Grade von der Zusammensetzung und der Natur des gasförmigen Reaktionsgemisches,der Geschwindigkeit des Gasflusses und der Geometrie beeinflußt.
Die Fig. 4- illustriert graphisch die Druckkontrolle, die zur Praktizierung des Verfahrens nach der Erfindung verwendet wurde. Die Anfangsschicht 22 wird mit dem Reaktionsgemisch bei P1 aufgetragen. Am Ende der Zeit t, wird der Druck auf P2 erhöht, und das Niederschlagen wird fortgesetzt bis die gewünschte Dicke der epitaktischen Schicht 26 erreicht ist. Es ist klar, daß der Druck in einem einzelnen Schritt, wie in Fig. 1 gezeigt, erhöht werden kann. Alternativ kann auch eine graduelle Zunahme vorgenommen werden oder über die Dauer der Schichtablagerung konstant gehalten werden.
Die zum Auftragen epitaktischer Schichten benutzten gasförmigen Reaktionsgemische sind an sich bekannt. Gasförmige Reaktionsgemische enthalten normalerweise eine Verbindung eines halbleitenden Materials, zum Beispiel SiP^,, SiCl^,
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SiHCl,, GeEU, GeI2,, ein Trägergas und gegebenenfalls ein reduzierendes Gas· Das reduzierende Gas ist typisch Wasserstoff, der auch alternativ als Trägergas dienen kann. Das Trägergas könnte inertes Gas, zum Beispiel Stickstoff, Argon oder dergleichen, sein. Normalerweise ist im gasförmigen Eeaktionsgemisch ein Störstoff enthalten.
Im allgemeinen ist die Zusammensetzung des Reaktionsgemisches so eingestellt, daß eine Schicht-Wachstumsgeschwindigkeit im Bereiche von 0,01 Ms 2 Mikron pro Minute, vorzugsweise von 0,1 bis 0,5 Mikron pro Minute bei dem gewählten Druck erreicht wird.
Wenn ein niedrigerer Druck gewählt wird, kann der relative Betrag des Trägergases herabgesetzt werden. Wenn die Reaktionsmischung SiH^ und ein Trägergas,zum Beispiel H2, enthält, wird die Zusammensetzung vorzugsweise SiH^ im Bereiche von 0,01 bis 1,0 Volumenprozent, vorzugsweise im Bereiche von 0,03 bis 0,3 Volumenprozent haben.
Die Zusammensetzung des Reaktionsgemisches wird vorzugsweise während des Niederschiagens der epitaktischen Anfangsschicht konstant gehalten. Das abschließende Niederschlagen wird bei einem höheren Druck durchgeführt.
Wghrend des Niederschiagens befindet sich das Plättchen (wafer) in einem Suszeptor, der durch Induktion mittels Widerstandes oder durch Strahlung auf eine Temperatur im Bereich von 800 bis 13000C, bei Silicium-Niederschlag, erhitzt wer- ■ den kann. Nach epitaktischem Anfangsniederschlag kann der restliche Teil der Schichten bei höheren Drucken, zum Beispiel bei Atmosphärendruck, gebildet werden.
Die Kurve B in Fig. 6 gibt das Profil wieder, welches sich bei dem Verfahren nach der Erfindung einstellt. Zum Vergleich
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damit ist in lig. 6 die Kurve A eingetragen· Diese Kurve A wurde an einer benachbarten Stelle des Halbleitergebietes in einer Vorrichtung aufgenommen, wo die epitaktische Schicht nach der bekannten Methode niedergeschlagen wurde. Wie gezeigt, besteht an der Grenzfläche des Basisplättchens und der epitaktischen Schicht ein Gebiet mit hoher Konzentration an abgewanderten und neuabgelagerten Störstoffen, was zu einer unerwünschten Struktureigenschaft führt·
Nachstehend sind einige Beispiele für das Verfahren nach der Erfindung aufgeführt· Diese Beispiele stellen eine bevorzugte, spezifische Ausführungsform der Erfindung dar. Die Erfindung ist natürlich nicht auf diese besonderen Beispiele beschränkt·
Beispiel I
Ein Siliciumplättchen vom P-Typ hat einen ausgewählten Bereich einer diffundierten Zone bei einer Arsen-Störstoff-
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Oberflächenkonzentration von 1*10 Atomen pro cm . Dieses Plättchen wird in einen offenen horizontalen Standard-Röhrenreaktor eingebracht und dort auf einem durch Hochfrequenz induktiv beheizbaren Suszeptor angeordnet·
Der Reaktor wurde dann durch Einführung eines Wasserstoffstromes bei 10 Litern pro Minute Durchflußgeschwindigkeit zehn Minuten lang gereinigt. Dann wurde der Reaktor auf einen Druck von 1·10 Torr ausgepumpt und Wasserstoff mit 2500cnr pro Minute eingelassen.
Das Vakuumsystem wurde so eingestellt, daß ein Druck von 20 Torr im Reaktor gehalten wurde. Die Plättchentemperatur kam dann auf 10500C, und SiH,, wurde mit einer Geschwindigkeit von 2cnr pro Minute eingelassen. Das zusätzliche SiH2, änderte nicht wesentlich den Reaktordruck·
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Nach 20 Minuten wurde der SiH^-Strom beendet und der Energiefluß zum Suszeptor abgestellt. In 20 Minuten fiel die Plättchentemperatur etwa auf Zimmertemperatur. Nach dem Her ausnehmen aus dem Reaktor wurde das Plättchen visuell untersucht, abgeschrägt, um die Schichtdickenmessung zu erleichtern, und elektrisch längs einer Linie von 50/1000 eines Zolls von der Kante der diffundierten Zone aus durch die Ausbreitungs-Widerstandsmethode profiliert.
Die Wachstumsgeschwindigkeit wurde mit 0,3 Mikron pro Minute ausgerechnet. Ein Studium des elektrischen Profils zeigte, daß es kein meßbares Selbstdotieren gab, da der Störstoffpegel neben der Grenzfläche im wesentlichen derselbe war wie die Hintergrunddotierung der epitaktischen Schicht·
Beispiel II
Ein Halbleiterplättchen (wafer), ähnlich dem im Beispiel I beschriebenen, wurde in einem Reaktor derselben Reinigungsprozedur unterworfen. Dann wurde eine epitaktische Schicht durch Einführung eines Gasgemisches derselben Zusammensetzung wie im Falle des Beispiels I gezüchtet mit der Ausnahme gegenüber Beispiel I, daß im Reaktor im wesentlichen Atmosphärendruck herrschte.
In den Reaktor wurde Wasserstoff mit 10 Litern pro Minute Geschwindigkeit eingelassen und ein zweiter Fluß mit SiHy, bei 8cir pro Minute zugeführt. Nach einer Wachsperiode von 20 Minuten wurde das Plättchen abgekühlt, danach untersucht und wie im Falle des Beispiels I getestet. Das Profil bei derselben Distanz von dem diffundierten Gebiet zeigte wesentliches Selbstdotieren, was zu einer Änderung im Leitfähigkeitstyp im Gebiete der Grenzfläche Schicht/Substrat führte·
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Beispiel III
Drei zusätzliche Gänge wurden an Plättchen, ähnlich dem im lalle des Beispiels I untersuchten Plättchen, unter Verwendung der identischen Prozedur und der Heaktionsmischungszusammensetzung gemacht. Die epitaktischen Schichten wurden jedoch bei 50 "bzw. 75 "bzw. 150 Torr gezüchtet. Die Prüfung der Schicht mit 50 Torr zeigte ein Fehlen der Selbstdotierung.
Die bei 75 Torr gewachsene Schicht zeigte kein bedeutsames Selbstdotieren obgleich es kleine Zusammensetzungen von Störstellen gab, welche gewöhnlich kein Problem bieten wurden. Die bei 150 Torr gewachsene Schicht zeigte einen bedeutenden Aufbau von Störstoffen an der Grenzfläche· Dieser war jedoch geringer als der im Falle des Beispiels II·
Pat entansprüche
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Claims (10)

215A386 Patentansprüche
1.) Verfahren zum Herstellen einer epitaktischen Schicht auf einem Halbleitersubstrat, bei dem das Selbstdotieren beim Aufwachsen der epitaktischen Schicht auf ein Mindestmaß verringert wird, durch Niederschlagen von halbleitendem Material aus der Gasphase in einem Reaktionsgefäß, wo das epitaktisch zu beschichtende Substrat bei erhöhter Temperatur in Kontakt mit einem gasförmigen Reaktionsgemisch, welches das epitaktisch niederzuschlagende Material und ein Trägergas enthält, kommt, dadurch gekennzeichnet, daß P der Druck des Reaktions-Gasgemisches im Reaktor während des epitaktischen Niederschlagens im Bereiche von 0,01 bis 150 Torr liegt»
2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Gasgemisches im Reaktionsgefäß während des epitaktischen Niederschiagens im Bereich von 15 bis 75 Torr eingestellt ist·
3.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck von 0,01 bis 150 Torr, insbesondere von 15 bis 75 Torr, für eine Zeit gehalten wird}5 die man zum
> Auftragen einer dünnen epitaktischen Schicht auf äer Ober- fläche des zu beschichtenden Substrates braucht.
4.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Reaktionsgemisch eine Halbleiterverbindung enthält, die aus einer Gruppe mit SiüL» , SiHCl5, GeH^, GeI^ ausgewählt ist.
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H Ά D / U 9 k 3
5·) Verfahren nach den Ansprüchen 1 "bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Reaktionsgemisch eine Mischung aus Halbleiterverbindungen enthält, die aus einer Gruppe mit SiH^, SiCl^, SiHCl5, GeH^, GeI^ ausgewählt sind.
6.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägergas Wasserstoff verwendet wird,
7.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zu beschichtende Material auf eine Temperatur gebracht wird, die im Bereich von 800 bis 13000C liegt.
8.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägergas 0,01 bis 1,00 Volumenprozent enthält.
9·) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Eeaktionsgemisch 0,03 bis 0,3 Volumenprozent SiH^ enthält.
10.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, daß anschließend an das epitaktische Niederschla gen bei einen im Bereiche von 0,01 bis I50 Torr liegendem Druck eine Fortsetzung des epitaktischen Niederschiagens bei etwa Atmosphärendruck stattfindet.
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