DE2154386B2 - Verfahren zum Herstellen einer epitaktischen Halbleiterschicht auf einem Halbleitersubstrat durch Abscheiden aus einem Reaktionsgas/Trägergas-Gemisch - Google Patents

Verfahren zum Herstellen einer epitaktischen Halbleiterschicht auf einem Halbleitersubstrat durch Abscheiden aus einem Reaktionsgas/Trägergas-Gemisch

Info

Publication number
DE2154386B2
DE2154386B2 DE2154386A DE2154386A DE2154386B2 DE 2154386 B2 DE2154386 B2 DE 2154386B2 DE 2154386 A DE2154386 A DE 2154386A DE 2154386 A DE2154386 A DE 2154386A DE 2154386 B2 DE2154386 B2 DE 2154386B2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
layer
epitaxial
deposition
semiconductor
pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE2154386A
Other languages
English (en)
Other versions
DE2154386C3 (de
DE2154386A1 (de
Inventor
David William Beacon Boss
Bernard Michael Hopewell Jct. Kemlage
Vincent James Poughkeepsie Lyons
Hans Bernhard La Grangeville Pogge
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
International Business Machines Corp
Original Assignee
International Business Machines Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by International Business Machines Corp filed Critical International Business Machines Corp
Publication of DE2154386A1 publication Critical patent/DE2154386A1/de
Publication of DE2154386B2 publication Critical patent/DE2154386B2/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2154386C3 publication Critical patent/DE2154386C3/de
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/08—Germanium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02373—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02381—Silicon, silicon germanium, germanium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02532—Silicon, silicon germanium, germanium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/22—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities
    • H01L21/2205—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities from the substrate during epitaxy, e.g. autodoping; Preventing or using autodoping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/74—Making of localized buried regions, e.g. buried collector layers, internal connections substrate contacts
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S148/00—Metal treatment
    • Y10S148/007—Autodoping
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S148/00—Metal treatment
    • Y10S148/037—Diffusion-deposition
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S438/00—Semiconductor device manufacturing: process
    • Y10S438/914—Doping
    • Y10S438/916—Autodoping control or utilization

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer epitaktischen Halbleiterschicht auf einem Halbleitersubstrat durch Abscheiden aus einem Reaktionsgas/Trägergas-Gemisch bei einem Druck von weniger als 200 Torr auf der erhitzten Substratoberfläche.
Durch die Deutsche Offenlegungsschrift 19 53 247 ist es bekannt, die Epitaxie durch thermisches Zersetzen der gasförmigen Halbleiterverbindungen bei einem Druck unterhalb 1 atm, insbesondere unterhalb 200 mm Hg vorzunehmen.
In der Halbleiterindustrie ist es bekannt, eine Schicht aus Halbleitermaterial auf ein monokrislallines HaIbleiterplättchen niederzuschlagen, wobei das Kristallgitter der Schicht im Halbleiterplättchen seine Fortsetzung findet.
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 Niederschlagzyklus Störstoffe 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 liegt, und der epitaktischen Schicht selbst einverleibt.
Bei bestimmten Substrattypen, bei denen das Basisplättchen und die epitaktische Schicht mit demselben Störstofftyp 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.
Bei anderen Vorrichtungen, 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 gangszone Änderungen auf, was zu nachteiligen Effekten auf die Ausführungsform der Vorrichtung führen kann. Mit der Entwicklung der Halbleitertechnologie wurden die Bauelemente und die Halbleitervorrichtungen immer kleiner. Die in solchen Halbleite.-*vorrichtungen enthaltenen aktiven als auch passiven Bauelemente kommen immer dichter zueinander zu liegen. Die durch die Selbstdotierungserscheinungen aufgeworfenen Probleme wurden somit immer ernster.
in Das Selbstdotieren führt an der Grenzfläche von Plättchen und epitaktischer Schicht zu dünnen, ausgedehnten Störstellenbereichen, die sich überlappen können, wenn die Bauelemente dicht beieinander sind und interne, unangenehme Kurzschlüsse verursachen.
ir> Das Selbstdotieren verursacht auch Probleme in anderen aktiven und passiven Bauelementen, wenn es von unerwünschten und unkontrollierten Störstellenprofilen 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
2r> Niederschiagens aus dem Dampf sind bei den epitaktischen Aufwachsprozessen drei Haupttypen bekanntgeworden. Es sind dies der Disproportionierungsprozeß, der pyrolythische Zersetzungsprozeß und der Verbindungsreduktionsprozeß.
«ι 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 Nieder-
ii Schlagssystem 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
4(i Bestandteil enthält, durch Erhitzung in der Nachbarschaft des Substrates zersetzt, und der Halbleiter-Verbindungsbestandteil des Substratgitters wird durch diesen Bestandteil erweitert.
Beim Verbindungsreduktionsprozeß wird das nieder-
4r> zuschlagende 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
w Umgebungstemperatur liegt.
Das epitaktische Aufwachsen findet typisch bei erhöhten Temperaturen statt. Das epitaktische Niederschlagen von Silicium auf ein Siliciumsubstrat tritt zum Beispiel normalerweise im Temperaturbereich von 900
v, bis 12000C 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,
bo bei welcher epitaktisches Wachsen stattfindet, hat der Störstoff in einem diffundierten Gebiet eine genügende Aktivität, um aus dem diffundierten Gebiet herauszukommen.
Man hat gezeigt, daß der Hauptgasfluß in einem
b"> typischen Reaktor eine Schicht aus relativ statischem Gas in der unmittelbaren Nachbarschaft der Substratoberfläche erzeugt. Bei den Wachstums-Temperaturen iimrHan Ata fit \r*Vy i tinrlon Qtf'irQlomP pmp Ql ICrPIr1Hf^nH/3
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 Gasschicht 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 Störstoffatome auf die Oberfläche ι u des Substrates oder der wachsenden Schicht ablagern können und zwar nicht nur über dem diffundierten Gebiet, sondern auch über den nichtdiffundierten Substratgebietcn ablagern können.
Dieser Seitendrift der Störstellenatome ist der r> Tendenz zur Schaffung eines Gleichgewichts der Störstoffkonzeniration in der Gasphase der Grenzschicht zuzuschreiben, was die epitaktische Schicht oder eine selbstdotierte Schicht in wesentlichen AbstänJen vom diffundierten Gebiet im Substrat verursacht. Die _'o Verteilung ist relativ unempfindlich zur allgemeinen Richtung des Hauptgasflusses. Die Störstoffkonzentration nimmt mit der Entfernung vom diffundierten Gebiet ab, sie ist jedoch in wesentlichen Abständen von der diffundierten Zone noch bedeutsam. _>■->
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht in der Schaffung eines Verfahrens, Ix i dem das Selbstdotieren auf ein Mindestmaß herabgesetzt ist.
Für ein Verfahren zum Herstellen einer epitaktischen Halbleiterschicht auf einem Halbleitersubstrat durch in Abscheiden aus einem Reaklionsgas/Tragergas-Gemisch bei einem Druck von weniger als 200 Torr auf der erhitzten Substratoberfläche besteht danach die Erfindung darin, daß bei 0,01 bis 150 Torr eine dünne Schicht abgeschieden und anschließend bei etwa Atmosphären- r> druck die Abscheidung fortgesetzt wird.
Die Erfindung bringt eine bedeutsame Reduktion des Selbstdotierens aus dem diffundierten Gebiet des Substrates und kontrolliert das Ausmaß der Wiedcrablagerung der geflüchteten Störstoffe.
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 4> Bildung des epitaktischen Anfangsniederschlages auf ein Mindestmaß verringert.
Der reduzierte Druck der gasförmigen Reaktionsmischung ändert die Natur der Grenzschicht. Dies ermöglicht, daß bedeutend größere Mengen der inneren w flüchtenden Störstoffe sich in den Reaktionsstrom verflüchtigen.
Das gasförmige Reaktionsgemisch enthält ein Trägergas und eine Verbindung des Halbleitermcterials. Der Druck des Reaktionsgemisches wird vorzugsweise ri5 nach der Bildung der Anfangs-Kappenschicht erhöht, um die Länge der Gesamtniederschlagszeit zu reduzieren, die man zur Bildung der epitakiischen Schicht braucht.
Das Selbstdotieren wird also bei der Erfindung bo 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.
nger:
Teil einer Halbleiterverbindung zusammen mit einem Trägergas. Danach kann eine zweite gasförmige Reaktionsmischung benutzt werden, welche einen größeren Teil einer Verbindung eines Halbleitermaieridls enthält, um das Aufwachsen der epitaktischen Schicht abzuschließen.
Die Erfindung sei nachstehend an Hand der Zeichnungen für eine beispielsweise und bevorzugte Ausführungsform näher erläutert. Aus der nachfolgenden Beschreibung sind weitere Merkmale der Erfindung und der Aufgabenstellung zu entnehmen. Die
Fig. 1 bis 3 ist eine Folge von Vertikalschnittansichten mit aufgebrochenem Querschnitt eines Halbleiterplättchens. 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 Niederschlagszeit /. Diese Darstellung ist für einen bevorzugten, 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 Störstolfkonzenti ation in Abhängigkeit von der Tiefe. Sie illustriert das Störstellenprofil in einer Vorrichtung vom Typ der in F i g. 5 gezeigten Vorrichtung, die aus einem unkontrollierten Selbst-Niederschlagsprozeß enistanden ist. Die diesbezügliche Kurve steht in Fig. b im Vergleich mit eir.em durch das Verfahren nach der Erfindung erzeugten Profil.
Fig. 7 enthält eine Vertikalansicht eines Halbleiterbauelementes. Dabei ist die Natur des Gebietes in einer P-Ieilenden 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 des Schnittes 7 A-IA von F i g. 7.
Die Fig. 5 veranschaulicht die Konfiguration eines ausdiffundierten Störstellengebietes in einer nach konventioneller Methode aufzutragenden epitaktischen Schicht. Wie in F i g. 5 illustriert, erzeugt die diffundierte Zone 10 im Halbleiterplättchen 12 in einer epitaktischen Schicht 14 ein Gebiet 15, welches lange, seitlich ausgedehnte Gebiete 16 über der Zone 10 enthält und welche an der Grenzfläche 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 F i g. 6 zeigt die Kurve A das längs des Schnittes 6A aufgenommene Profil. Es zeigt eine relativ starke Störstellenkonzentration in der Nachbarschaft 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
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.
Fig. 1 zeigt ein monokristallines Plättchen 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 Basisplättchen 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 enthäl; 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 ablagern und eine Fortsetzung des Original-Kristallgitters des Plätlchens herstellen. Dies ist in F i g. 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 Plätlchens 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.
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 F i g. 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 ii wird der Druck auf P2 erhöht, und das Niederschlagen wird fortgesetzt bis die gewünschte Dicke der epitaktischen Schicht 24 erreicht ist. Es ist klar, daß der Druck in einem einzelnen Schritt wie in F i g. 1 gezeigt, erhöht werden kann. Alternativ kann auch eine graduel■; Zunahme vorgenommen werden oder über die Dauer der Schichtablagerung konstant gehalten werden.
Die zum Auftragen epitaktischer Schichten benutzten ί gasförmigen Reaktionsgemische sind an sich bekannt. Gasförmige Reaktionsgemische enthalten normalerweise eine Verbindung eines halbleitenden Materials, zum Beispiel SiP4, SiCI4, SiHCI3, GeH4, GeI4. ein Trägergas und gegebenenfalls ein reduzierendes Gas.
in 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 Reaktionsgemisch ein Störstoff enthalten.
r, !m allgemeinen ist die Zusammensetzung des Reaktionsgemisches so eingestellt, daß eine Schicht-Wachstumsgeschwindigkeit im Bereiche von 0.01 bis 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 SiH4 und ein Trägergas zum Beispiel H2. enthält, wird die Zusammensetzung
:·-, vorzugsweise SiH4 im Bereiche von 0,01 bis 1,0 Volumenprozent, vorzugsweise im Bereiche von 0,03 bis 0,3 Volumenprozent haben.
Die Zusammensetzung des Reaktionsgemisches wire vorzugsweise während des Niederschiagens der epitak-
j(i tischen Anfangsschicht konstant gehalten. Das abschlie ßende Niederschlagen wird bei einem höheren Druck durchgeführt.
Während des Niederschiagens befindet sich da« Plättchen in einem Suszeptor, der durch Induktior
j-, mittels Widerstandes oder durch Strahlung auf eine Temperatur im Bereich von 800 bis 13000C, be Silicium-Niederschlag, erhitzt werden kann. Nacl· epitaktischem Anfangsniederschlag kann der restliche Teil der Schichten bei höheren Drucken, zum Beispie bei Atmosphärendruck, gebildet werden.
Die Kurve B in F i g. 6 gibt das Profil wieder, welche; sich bei dem Verfahren nach der Erfindung einstellt Zum Vergleich damit ist in Fig. 6 die Kurve A eingetragen. Diese Kurve A wurde an einer benachbar
-!5 ten Stelle des Halbleitergebietes in einer Vorrichtung aufgenommen, wo die epitaktische Schicht nach dei bekannten Methode niedergeschlagen wurde. Wie gezeigt, besteht an der Grenzfläche des Basisplättchen! und der epitaktischen Schicht ein Gebiet mit hohei Konzentration an abgewanderten und neuabgelagerter Störstoffen, was zu einer unerwünschten Struktureigen schaft führt.
Nachstehend sind einige Beispiele für das Verfahrer nach der Erfindung aufgeführt. Diese Beispiele steller eine bevorzugte, spezifische Ausführungsform dei Erfindung dar. Die Erfindung ist natürlich nicht auf dies( besonderen Beispiele beschränkt
Beispiel I
Ein Siliciumplättchen vom P-Typ hat einen ausge wählten Bereich einer diffundierten Zone bei eine: Arsen-Störstoffoberflächenkonzentration von 1 · 102 Atomen pro cm3. Dieses Plättchen wird in einen offener horizontalen Standard-Röhrenreaktor eingebracht um
b5 dort auf einem durch Hochfrequenz induktiv beheizba ren Suszeptor angeordnet
Der Reaktor wurde dann durch Einführung eine: Wassersioffstromes bei 10 Litern pro Minute Durch
flußgeschwindigkeit zehn Minuten lang gereinigt. Dann wurde der Reaktor auf einen Druck von 1 · 10-3Torr ausgepumpt und Wasserstoff mit 2500 cm3 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 S1H4 wurde mit einer Geschwindigkeit von 2 cm3 pro Minute eingelassen. Das zusätzliche SiH« änderte nicht wesentlich den Reaktordruck, in
Nach 20 Minuten wurde der Sim-Strom beendet und der Energiefluß zum Suszeptor abgestellt. In 20 Minuten fiel die Plättchentemperatur etwa auf Zimmertemperatur. Nach dem Herausnehmen aus dem Reaktor wurde das Plättchen visuell untersucht, abgeschrägt, um die r, Schichtdickenmessung zu erleichtern, und elektrisch längs einer Linie von 50ZiOOo von 0,0254 m von der Kante der diffundierten Zone aus durch die Ausbreitungs-Widerstandsmethode profiliert.
Die Wachstumsgeschwindigkeit wurde mit 0,3 Mikrön 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, 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 SiH4 bei 8 cm3 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.
Beispie! !!!
Drei zusätzliche Gänge wurden an Plättchen, ähnlich dem im Falle des Beispiels I untersuchten Plättchen, unter Verwendung der identischen Prozedur und der Reaktionsmischungszusammensetzung 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 würden. 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 11.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen einer epitaktischen Halbleiterschicht auf einem Halbleitersubstrat durch Abscheiden aus einem Reaktionsgas/Trägergas-Gemisch bei einem Druck von weniger als 200 Torr auf der erhitzten Substratoberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß bei 0,01 bis 150 Torr eine dünne Schicht abgeschieden und anschließend bei etwa Atmosphärendruck die Abscheidung fortgesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Druck von 15 bis 75 Torr abgeschieden wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abscheiden einer Siliciumschicht auf einem Siliciumsubstrat ein Wasserstoff/Silan-Gemisch mit 0,01 bis 1 Volumenprozent Silan eingesetzt wird.
DE2154386A 1970-11-02 1971-11-02 Verfahren zum Herstellen einer epitaktischen Halbleiterschicht auf einem Halbleitersubstrat durch Abscheiden aus einem Reaktionsgas/Trägergas-Gemisch Expired DE2154386C3 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US8620870A 1970-11-02 1970-11-02

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE2154386A1 DE2154386A1 (de) 1972-05-10
DE2154386B2 true DE2154386B2 (de) 1980-05-08
DE2154386C3 DE2154386C3 (de) 1981-01-22

Family

ID=22197006

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2154386A Expired DE2154386C3 (de) 1970-11-02 1971-11-02 Verfahren zum Herstellen einer epitaktischen Halbleiterschicht auf einem Halbleitersubstrat durch Abscheiden aus einem Reaktionsgas/Trägergas-Gemisch

Country Status (5)

Country Link
US (1) US3765960A (de)
JP (1) JPS5336311B1 (de)
DE (1) DE2154386C3 (de)
FR (1) FR2112970A5 (de)
GB (1) GB1342542A (de)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3885061A (en) * 1973-08-17 1975-05-20 Rca Corp Dual growth rate method of depositing epitaxial crystalline layers
US4239584A (en) * 1978-09-29 1980-12-16 International Business Machines Corporation Molecular-beam epitaxy system and method including hydrogen treatment
JPS55110032A (en) * 1979-02-19 1980-08-25 Fujitsu Ltd Method for high-frequency heated epitaxial growth
US4523051A (en) * 1983-09-27 1985-06-11 The Boeing Company Thin films of mixed metal compounds
US4504330A (en) * 1983-10-19 1985-03-12 International Business Machines Corporation Optimum reduced pressure epitaxial growth process to prevent autodoping
US4687682A (en) * 1986-05-02 1987-08-18 American Telephone And Telegraph Company, At&T Technologies, Inc. Back sealing of silicon wafers
JPH01161826A (ja) * 1987-12-18 1989-06-26 Toshiba Corp 気相エピタキシャル成長法
US4859626A (en) * 1988-06-03 1989-08-22 Texas Instruments Incorporated Method of forming thin epitaxial layers using multistep growth for autodoping control
FR2766845B1 (fr) * 1997-07-31 1999-10-15 Sgs Thomson Microelectronics Procede d'epitaxie sur un substrat de silicium comprenant des zones fortement dopees a l'arsenic
JP4016371B2 (ja) * 1999-11-10 2007-12-05 信越半導体株式会社 シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE620887A (de) * 1959-06-18
US3172792A (en) * 1961-07-05 1965-03-09 Epitaxial deposition in a vacuum onto semiconductor wafers through an in- teracttgn between the wafer and the support material
US3177100A (en) * 1963-09-09 1965-04-06 Rca Corp Depositing epitaxial layer of silicon from a vapor mixture of sih4 and h3
USB524765I5 (de) * 1966-02-03 1900-01-01
DE1519892A1 (de) * 1966-06-02 1969-02-20 Siemens Ag Verfahren zum Herstellen von hochreinen kristallinen,insbesondere einkristallinen Materialien
US3484311A (en) * 1966-06-21 1969-12-16 Union Carbide Corp Silicon deposition process
US3669769A (en) * 1970-09-29 1972-06-13 Ibm Method for minimizing autodoping in epitaxial deposition

Also Published As

Publication number Publication date
DE2154386C3 (de) 1981-01-22
GB1342542A (en) 1974-01-03
US3765960A (en) 1973-10-16
DE2154386A1 (de) 1972-05-10
FR2112970A5 (de) 1972-06-23
JPS5336311B1 (de) 1978-10-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60101069T2 (de) Siliziumkarbid und Verfahren zu seiner Herstellung
DE10136682B4 (de) Selektives Epitaxieverfahren für Halbleiterbauelemente
DE2618733A1 (de) Halbleiterbauelement mit heterouebergang
DE1544329A1 (de) Verfahren zur Herstellung epitaxialer Schichten bestimmter Form
DE2655341A1 (de) Halbleiteranordnung mit passivierter oberflaeche und verfahren zur herstellung dieser anordnung
DE3123234C2 (de) Verfahren zur Herstellung eines pn-Übergangs in einem Halbleitermaterial der Gruppe II-VI
DE2605830A1 (de) Verfahren zur herstellung von halbleiterbauelementen
DE2005271C3 (de) Epitaxialverfahren zum Aufwachsen von Halbleitermaterial auf einem dotierten Halbleitersubstrat
DE1185293B (de) Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung
DE1489258B1 (de) Verfahren zum Herstellen einer duennen leitenden Zone unter der Oberflaeche eines Siliciumkoerpers
DE2154386C3 (de) Verfahren zum Herstellen einer epitaktischen Halbleiterschicht auf einem Halbleitersubstrat durch Abscheiden aus einem Reaktionsgas/Trägergas-Gemisch
DE2211709C3 (de) Verfahren zum Dotieren von Halbleitermaterial
DE2148119A1 (de) Verfahren zum Herstellen epitaktischer Schichten auf Halbleitersubstraten
EP0005744B1 (de) Verfahren zum Aufwachsen von Epitaxieschichten auf selektiv hochdotierten Siliciumsubstraten
DE3012119C2 (de) Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements
DE2832153C2 (de) Verfahren zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen
DE69821560T2 (de) Epitaxieverfahren auf einem Siliciumsubstrat mit durch Arsen hochdotierten Gebieten
DE2732582C2 (de) Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung
DE3545239C2 (de) Verfahren zur Herstellung eines Kontaktierungsbereichs auf einem strukturierten Halbleiterkörper
DE2363269A1 (de) Verfahren zum herstellen einer mehrzahl von p-n uebergaengen in einem einzigen diffusionszyklus
DE2214996A1 (de) Verfahren zum Herabsetzen der Wirkungen der Ausdiffusion bei der Herstellung einer epitaktischen Halbleiterschicht
DE3604260A1 (de) Fluessigkeitsepitaxieverfahren
DE1228340B (de) Schnellschaltende Halbleiterdiode mit verringerter Erholungszeit und epitaktisches Verfahren zu ihrer Herstellung
DE2049696C3 (de) Halbleiterbauelement und Verfahren zum Herstellen
DE3831555A1 (de) Verfahren zum herstellen einer halbleitervorrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
OD Request for examination
C3 Grant after two publication steps (3rd publication)
8339 Ceased/non-payment of the annual fee