DE2212295B2 - Verfahren zur Herstellung von Silicium- oder Germanium-Epitaxialschichten - Google Patents

Description

geschnittenen und polierten Substratscheiben werden Vorzugsweise werden für einen Querschnitt νση etwa zunächst von der Damage-Schicht befreit. Dies er- 20 cm² etwa 5 bis 150 l/n Chlorwasserstoff zugefolgt vorzugsweise durch Glühen der Sübstratschei- führt. Da bei der erfindungsgemäßen Zugabe des ben bei einer Temperatur von mehr als 1000° C in unloraasserstoffes eine chemische Gleichgewichtsreeiner Wasserstoffatmosphäre oder durch naßchemi- 5 aktion abläuft, ist die Aufwachsrate der Schicht 3 gesches Ätzen der Substratscheiben bei erhöhten Tem- ringer als die Aufwachsrate der Keimschicht 2.
peraturen, vorzugsweise mit Phosphorsäure bei Tem- Fig. 2 zeigt die Abhängigkeit der Wachstumsrate peraturen zwischen 200 und 400° C. Die wie oben einer aufwachsenden Siliciiun-Halbleiterschicht bei angegebenen behandelten Substratscheiben werfen konstantem Angebot von Silan und Wasserstoff von vorzugsweise in ein wassergekühltes Quarzgefäß mit io der Konzentration des zugeführten Chlor-Wasserinduktiv beheiztem Reinstkohlebrett eingebaut. Nach stoffgases, wobei 1100 l/h eines Gemisches von l°/o ausreichendem Spülen mit Wasserstoff wird das Silan in Wasserstoff undz usätzlich 4000 l/h Wasser-Kohlebrett mit den darauf befindlichen Substrat- stoff in die Quarzzelle mit einem rechteckigen Querscheiben auf die gewünschte Abscheidetemperatur schnitt von etwa 20 cm^a geleitet werden. Aus dieser gebracht, wobei die Wasserstottzufuhr nicht unter- xs Kurve lassen sich erfindungsgemäß gewünschte gebrochen wird. Vorzugsweise liegt die Abscheidetem- ringe Aufwachsraten als Funktion der Chlorwasserperatur oberhalb von 1000° C bei der Verwendung stcff-Zugabe für den zweiten Verfahrensschritt ervon Wasserstoff und unterhalb von 1000° C bei der mitteln.

Verwendung von Edelgasen, wie z. B. Helium. Durch Ist die gewünschte Schichtdicke erreicht, so wird

Öffnen eines Ventils wird Silan zu den andauernd zu- ao die Silan-, die Wasserstoff- und die Chlorwasser-

strömenden Wasserstoff hinzugegeben. Bei einer stoff-Zufuhr unterbrochen. Die Beheizung der Sub-

Quarzzelle mit einem rechteckigen Querschnitt von stratscheiben mit dem darauf befindlichen HaIb-

etwa 20 cm² werden vorzugsweise etwa 2000 bis leitermaterial wird beendet.

4000 l/h Wasserstoff und vorzugsweise 500 bis 1500 Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung

l/h eines Gemisches von 1 °/o Silan in Wasserstoff zu- as wird auf dem Substrat Germanium abgeschieden,

gegeben. Die Silanzufuhr wird so lange aufrechter- Hierbei erfolgt die Abscheidung der Keimschicht auf

halten, bis erfahrungsgemäß eine geschlossene Keim- dem Substrat durch eine irreversible thermische Zer-

schicht auf dem Substrat vorliegt. Vorzugsweise er- Setzung eines Gases, das aus GeH₄ und Wasserstoff

folgt die Silanzufuhr so lange, bis die Schicht eine besteht, bei einer Temperatur von 600⁰C bis

Dicke von 0,05 bis 0,3 μΐη besitzt. In dem nun fol- 30 850° C. Die weitere Abscheidung von Germanium

genden Verfahrensschritt wird, ohne daß die Silan- erfolgt bei derselben Temperatur, wieder durch eine

bzw. Wasserstoffströmung und die Temperatur geän- Gleichgewichtsreaktion, die nach Zugabe von HaIo-

dert werden, zusätzlich Chlorwasserstoff zugeführt. genwasserstoff abläuft.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

dem Gasgemisch bei gleicher Temperatur Halogen-Patentansprüche: wasserstoff zugegeben wird. Dabei wird in einem zweiten Verianrensscnntt zur

1. Verfahren zur Herstellung von epitaxial ab- weiteren Abscheidung von Halbleitermaterial auf der geschiedenen Schichten aus Silicium oder Germa- S Keimschicht nichtwie bei obengenannten, bekannnium auf einem Substrat, wobei auf dem Substrat ten Verfahren für Silicium von einem Ha&genid ausbei einer vorgegebenen Temperatur des Substra- gegangen. Vielmehr wird zu dem im ersten Verfahtes in einem ersten Schritt eine Keimschicht aus rensschritt verwendeten Gas, das zur Abscheidung dem Silicium bzw. Germanium durch thermische der Keimschicht dient und bei Silicium beispielsweise irreversible Zersetzung von Süan bzw. German *> Silan ist, unter Beibehaltung der Substrattemperatur aus dem Gemisch mit einem Trägergas abge- während oeider Verfahrensschntte bei dem zweiten schieden wird, und wobei in einem zweiten Schritt lediglich Halogenwasserstoff zugegeben.
Schritt auf dieser Keimschicht weiteres Silicium Ein durch die Erfindung erzielbarer Vorteil be- bzw. Germanium abgeschieden wird, dadurch steht darin, daß zur Abscheidung von Halbleitermagekenuzeichnet, daß beim zweiten Schritt 15 terial während des ersten Verfahrensschrittes, in dem dem Gasgemisch bei gteicher Temperatur Halo- irreversible Zersetzung und Abscheidung erfolgt, und genwasserstoff zugegeben wird. ^Λ während des zweiten Schrittes des Verfahrens, in

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- dem die Abscheidung nach einer Gleichgewichtsrekennzekhnet, daß der Halogenwasserstoff gesteu- äktion abläuft, erfindungsgemäß nur eine einzige gasert zugegeben wird. ao förmige Halbleiterverbindung benötigt wird. Somit

ergibt sich ein kontinuierlicher Übergang von dem

ersten zu dem zweiten Virfahrensschritt, weshaib ein

homogenerer Kristallaufbau der epitaxial abgeschiedenen Halbleiterschicht als bei dem bekannten Ver-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verfahren zur »5 fahren zu erreichen ist.

Herstellung von epitaxial abgeschiedenen Schichten Im Gegensatz zu der großen Aufwachsrate bei der

»us Silicium oder Germanium auf einem Substrat, Bildung der Keimschicht liegt bei der weiteren Abwobei auf dem Substrat bei einer vorgegebenen Tem- scheidung von Halbleitermaterial auf der Keimneratur des Substrates in einem ersten Schritt eine schicht eine geringere Aufwachsrate vor. Diese Aufkeimschicht aus dem Silicium bzw. Germanium 30 wachsrate kann vorteilhafterweise, gemäß einer durch thermische irreversible Zersetzung von Silan Weiterbildung der Erfindung, durch eine gesteuerte bzw. German aus dem Gemisch mit einem Trägergas Zugabe von Halogenwasserstoff zu einer in beiden abgeschieden wird, und wobei in einem zweiten Abscheidurgsschritten erfolgenden, vorzugsweise Schritt auf dieser Keimschicht weiteres Silicium bzw. konstanten Zuführung des zu zersetzenden Gases, Germanium abgeschieden wird. 35 beispielsweise des Silans, gesteuert werden. Dies ge-

Verfahren zur Herstellung von epitaxial abgeschie- schieht durch die Beeinflussung der zur weiterhin abdenen Schichten aus Halbleitermaterial auf einem laufenden Zersetzungsreaktion im zweiten Verfah-Substrat sind bekannt. In der deutschen Offenle- rensschritt hinzukommenden chemischen Gleichge- «ungsschrift 1619 980 wird ein solches Verfahren wichtsreaktionen, die zur Abscheidung und Rückauf- ©eschrieben. Dabei wird auf dem Substrat in einem 40 lösung von Halbleitermaterial führen,
ersten Verfahrensschritt eine Keimschicht aus dem Mit HiUe der bei dem zweiten Verfahrensschritt

Halbleitermaterial gebildet, indem Silan, beispiels- ablaufenden Gleichgewichtsreaktionen wird erreicht, weise aus einem Gas, das aus Silan und Wasserstoff daß falsch bzw. schlecht eingebaute Gitteratome der besteht, thermisch zersetzt wird. Anschließend wird Halbleiterschicht wieder abgebaut werden und durch in einem zweiten Schritt auf dieser Keimschicht wei- 45 erneute Abscheidung idealer substituiert werden,
leres Halbleitermaterial durch thermische Zersetzung Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der

tines Halogenids des Halbleitermaterials abgelagert. Beschreibung und den Figuren hervor.

.In der deutschen Offeniegungsschrift 1769 298 ist F i g. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Sub-

tin Verfahren zum Züchten eines einkristallinen strat und die auf dieses Substrat aufgebrachten HaIb-Halbleitermaterials auf einem dielektrischen Träger- 5° leiterschichten;

material beschrieben. Dabei wird zur Herstellung des Fig. 2 zeigt die Aufwachsrate des Halbleitermate-

Halbleitermaterials auf einem Sapbirkristall dieser rials während des zweiten Verfahrensschrittes in AbKristall einer gasförmigen Halbleiterverbindung aus hängigkeit von der Chlorwasserstoff-Konzentration. Silan bzw. German ausgesetzt, wobei der Saphirkri- In der F i g. 1 ist das Substrat mit dem Bezugszei-

•tall zunächst auf einer Temperatur von zwischen 55 chenl versehen. Vorzugsweise besteht dieses Sub- $50 bis 970° C bzw. zwischen 550 und 670° C gehal- strat aus Mg-Al-Spinell oder Saphir. Auf dem Sublen wird. Anschließend werden in einem weiteren strat aufgebracht sind die beiden Schichten 2 und 3 Eüchtungsvorgang bei erhöhten Temperaturen ent- aus Halbleitermaterial. Die mit dem Bezugszeichen 2 Weder die gleichen Stoffe, oder gewünschienfalls SiIi- versehene Keimschicht aus Halbleitermaterial wird ciumtetrachlorid, Germaniumtetrachlorid, Trichiorsi- 60 durch eine irreversible thermische Zersetzung eines lan oder Trichlorgerman verwendet. Gases auf dem Substrat abgeschieden. Vorzugsweise

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, das oben ange- besteht dieses Gas aus Silan und Wasserstoff. Durch gebene Verfahren zur Herstellung von epitaxial ab- Zugabe von Halogenwasserstoff, insbesondere Chlorgeschiedenen Schichten aus Halbleitermaterial auf oder Bromwasserstoff, zu diesem Gas entsteht die einem Substrat zu verbessern. 65 durch die chemische Gleichgewichtsreaktion gebil-

Diese Aufgabe wird durch ein wie eingangs ange- dete Schicht 3.

gebenes Verfahren gelöst, das erfindungsgemäß da- Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfah-

durch gekennzeichnet ist, daß beim zweiten Schritt ren beschrieben. Die nach bestimmten Kristallebenen