DE2154386C3 - 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

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer epitaktischen Halbleiterschicht auf einem Halbleitersubstrat durch Abscheiden aus einem Reaktionsgas/Trägergas-Gernisch 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 tin monokristallines HaIbleiterplättchen niederzuschlagen, .vobei 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 B&sisplättchen 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 Zwischenzolle zu ändern.
Bei anderen Vorrichtungen, wo die diffundierte Zone und die epitäktische Schicht vom selben Leitfähigkeitstyp und Vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp in Bezug auf das Basisplättchen sind, treten in den spezifischen Widerständen der epitaktischen Schicht bsi niedrigen Widerständswerten in der Nähe der Über·* 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 kleinen Die in solchen Halbleitervorrichtungen enthaltenen aktiven als auch passiven Bauelemente kommen immer dichter zueinander zu liegen. Die durch die Selbstdotierungserscheinungen aufgeworfenen Probleme wurden somit immer ernster.
Das Selbstdotieren führt an der Grenzfläche von Plättchen und epitaktischer Schicht zu dünnen, ausgedehnten Störstellenbereichen, die sich überlappen können, wenn die Bauelemente dicht be.einander sind und interne, unangenehme Kurzschlüsse verursachen.
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 epiiaktischen Schicht. Eine ungleichförmige Dotierung dieser Schicht bewirkt Bereiche höherer Leitfähigkeit innerhalb des Widerstandes, was die Verfahrenskontroüe und die Herstellung kompliziert.
Für das Verfahren des epitaktischen chemischen Niederschiagens aus dem Dampf sind bei den epitaktischen Aufwachsprozessen drei Haupttypen bekanntgeworden. Es sind dies der Disproportionierungsprozeß, der {.yrolythische Zersetzungsprozeß und der Verbindungsreduktionsprozeß
JO 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-
J5 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 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 niederzuschlagende Element in Form einer gasförmigen Verbindung er geführt, 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 Temperaturen statt. Das epitaktische Niederschlagen von Silicium auf ein Siliciumsubstrat tritt zum Beispiel normalerweise im Temperaturbereich von 900 bis 1200" C 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 staltfindet, hat der Störstoff in einem diffundierten Gebiet eine genügende Aktivität, um aus dem diffundierten Gebiet herauszu-. kommen.
Man hat gezeigt, daß der Hauptgasfluß in einem
typischen Reaktor eine Schicht aus relativ statischem Gas in der unmittelbaren Nachbarschaft der Substrat' oberfläche erzeugt. Bei den Wachslums-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 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 des Substrates oder der wachsenden Schicht ablagern können und zwar nicht nur über dem diffundierten Gebiet, sondern auch über den nichtdiffundierten 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 diffundierten Gebiet im Substrat verursacht. Die Verteilung ist relativ unempfindlich zur allgemeinen Richtung des Hauptgasftusses. 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, bei dem das Selbstdotieren auf ein Mindestmaß herabgesetzt ist.
Für ein Verfahren zum Herstellen einer epitaktischen Halbleiterschicht auf einem Halbleitersubstrat durch Abscheiden aus einem Reaktionsgas/Trägergas-Gemisch bei einem Druck von ν eniger 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 Atmosphärendruck die Abscheidung fortgesetzt wird.
Die Erfindung bringt eine bedeutsame Reduktion des Selbstdotierens aus dem diffundierten Gebiet des Substrates und kontrolliert das Ausmaß der Wiederablagerung der geflüchteten Störstoffe.
Das Stibstdotieren 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 Reaktionsmischung ändert die Natur der Grenzschiebt. Dies ermöglicht, daß bedeutend größere Mengen der inneren flüchtenden Störstofft sich in den Reaktionsstrom verflüchtigen.
Das gasförmige Reaktionsgemisch enthält ein Trägergas und eine Verbindung des Halbleitermaterials. Der Druck des Reaktionsgemisches wird vorzugsweise nach der Bildung der Anfangs-Kappenschicht 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 Reaktionsgemhch 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 Halbleitermaterial enthält, um das Aufwachsen der epiiaktischen 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
F i g. 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
F i g. 4 enthält eine graphische Darstellung des Gas-Reaktionsdruckes P im Reaktor in Abhängigkeit von der Niederschlagszeit f. Diese Darstellung ist für einen bevorzugten, praktischen Ausführungsmodus des Verfahrens nach der Erfindung aufgenommen.
Fig. 5 zeigt eine Vertikalansi«"1: des Querschnittes einer Halbleitervorrichtung, die des durch Selbstdotieren beim Auftragen einer epitaktischen Schicht nach dem bekannten Verfahren erzeugte Profil illustriert.
F i g. 6 ist eine graphische Darstellung der Störstoffkonz°ntration in Abhängigkeit von der Tiefe Sie illustriert das Störstellenprofil in einer Vorrichtung vom Typ der in F1 g. 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 Halbleiterbauelementes. Dabei ist die Natur des Gebietes in einer P-Ieitenden 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 74-74 von F i g. 7
Die F i g. 5 veranschaulicht die Konfiguration eine·, ausdiffund'erten Störstellengebietes in einer nach '-.onventioneller Methode aufzutragender, epitaktischen Schicht. Wie in F i g. 5 illustriert, erzeugt die diltundierte Zone 10 im Halbleiterplättchen 12 in einer epitaktischen Schicht 14 ein Gebiet 15, welches lange, seitlich ausgedehnte Gebiete 16 über der Zone 10 eidhält und welche an der Grenzfläche zwischen dem Plättchen 12 und der Schicht 14 liegen.
Das Gebiet 16 verursacht bei manchen Vorrichtungstypen Kurzschlüsse /wischen aktiven Bauelementen. Es ändert auch die Charakteristiken der Widerstände, wenn in der Schicht 14 integrierte Schaltungsvorrichtungcn fabriziert werden.
In F i g. 6 zeigt die Kurve 4 das längs des Schnittes 64 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 '",chicht 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 74 aufgenommen wurde. Die Kurve
34 zeigt zum Vergfeich 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 Selbstdotiefen 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 Basbplättchen 18 ist anfänglich eine dünne epitaktische Schicht 22 aufgewachsen* Zur Bildung dieser Schicht 22 wird das Basisplättcheri 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 tind normalerweise ei" Siörstoffmsieris! zum Dotieren der sich ergebenden epilaktischen Schicht. Nach der Kontaktnahme mit dem erhitzten Plättchen wird sich Halbleitermaterial auf dem Plättchen ablagern und eine Fortsetzung des Original-Kristallgitters des Plättchens herstellen. Dies ist in F i g. ? 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 vorn 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 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 Pi aufgetragen. Am Ende der Zeit fi wird der Druck auf P2 erhöht und das Niederschlagen wird fortgesetzt bis die gewünschte Dicke der epitaktischer, 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 graduelle Zunahme vorgenommen" werden oder über die Datier 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 SiP4, SiGU, SiHGl3, GeH4, GeU, 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 Reaktionsgemisch ein Störstoff enthalten.
Im 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 Π.<> 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 7usammensetzung des Reaktionsgemisches wird Vorzugsweise während des Niederschiagens der epitak-
jo tischen Anfangsschicht konstant gehalten. Das abschließende Niederschlagen wird bei einem höheren Druck durchgeführt.
Während des Niederschiagens befindet sich das Plättchen in einem Suszeptor, der durch Induktion
Vj mittels Widerstandes oder durch Strahlung auf eine Temperatur im Bereich von 800 bis 1300°C, bei Silicium-Niederschlag. erhitzt werden kann. Nach epitaktischem Anfangsniederschlag kann der restliche Teil der Schichten bei höheren Drucken, zum Beispiel bei Atmosphärendruck, gebildet werden.
Die Kurve S in F i g. 6 gibt das Profil wieder, welches sich bei dem Verfahren nach der Erfindung einstellt. Zum vergleich damit ist in Fig. ό 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 neuabgelagcrten Störstoffen, was zu einer unerwünschten Strukti'-eigenschaft 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 Siiiciumplättchen vom P-Typ hat einen ausgewählten Bereich einer diffundierten Zone bei einer Arsen-Störstoffoberflächenkonzentration von 1 - 1021 Atomen pro cm3. 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 Durch-
flußgeschwindigkeit zehn Minuten lang gereinigt. Dann wurde der Reaktor auf einen Druck von I · 10-3Töfr 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 R'iktchentemperatur kam dann auf 10500C1 Und S1H4 wurtie mit einer Geschwindigkeit von 2 cm3 pro Minute eingelassen, Das Zusätzliche S1H4 änderte flicht wesentlich den Reaktordrück.
Nach 20 Minuten wurde der SiH4-Slrom beendet und der Energiefluß zum Suszeptor abgestellt. In 20 Minuten fiel die Plättchentemperatur etwa auf Zimmertemperatur. Nach dem Herausnehmen aus dem Reaktor würde das Plättchen visuell untersucht, abgeschrägt, um die Schichtdickenmessung zu erleichtern, und elektrisch längs einer Linie von M/iooo von 0,0254 m von der Kante der diffundierten Zone aus durch die Aushreittings-Widerstandsmethode profiliert,
Die Wachstumsgeschwindigkeit wurde mit 0,3 Ml· krön 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 Il
Ein Halbleiterplättchen, ähnlich dem im Beispiel I beschriebenen, wurde in einem Reaktor derselben r-iinigungsprozedUr unterworfen. Dann wurde eine epitaktische Schicht durch Einführung eines Gasgemisches derselben Zusammensetzung wie im Falle des Beispiels I gezüchtet mit der Ausnähme gegenüber Beispiel \, daß im Reaktor im wesentlichen Atrnosphäreridfuck herrschte.
In den Reaktor wurde Wasserstoff mit 10 Litern pro Minute Geschwindigkeit eingelassen und ein zweiter Fluß mit SiH\ 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.
Beispiel III
Drei zusätzliche Gänge wurden an Plättchen, ähnlich dem im Falle des Beispiels I untersuchten Plättchen, unter VerV'endung 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 l50Torr gewachsene Schicht zeigte einen bedeutenden Aufbau von Störstoffen an der Grenzfläche. Dieser war jedoch geringer als der im Falle des Beispiels II.
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 Substratoberfiäche, 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/Siian-Gemisch mit 0,01 bis 1 Volumenprozent Silan eingesetzt wird.
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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
NL252729A (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

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GB1342542A (en) 1974-01-03
DE2154386B2 (de) 1980-05-08
DE2154386A1 (de) 1972-05-10

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