DE2212295C3 - Verfahren zur Herstellung von Silicium- oder Germanium-Epitaxialschichten - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Silicium- oder Germanium-Epitaxialschichten

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Description

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 aus Silicium oder Germanium auf einem Substrat, Bildung der Keimschicht hegt bei der weiteren Abwobei auf dem Substrat bei einer vorgegebenen Tem- scheidung von Halbleitermaterial auf der Keimperatur 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 Siian Weiterbildung der Erfindung, durch eine gesteuerte bzw. German aus dem Gemisch ßiit einem Trägergas Zugabe von Halogenwasserstoff zu einer in beiden abgeschieden wird, und wobei in einem zweiten Abscheidungsschritten 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 ab-
denen Schichten aus Halbleitermaterial auf einem laufenden Zersetzungsreaktion im zweiten Verfah-
Substrat sind bekannt. In der deutschen Offenle- rensschritt hinzukommenden chemischen Gleichge-
fiungsschrift 1619980 wird ein solches Verfahren wichtsreaktionen, du zur Abscheidung und Rückauf-
beschrieben. Dabei wird auf dem Substrat in einem 40 lösung von Halbleitermaterial führen,
ersten Verfahrensschritt eine Keimschicht aus dem Mit Hilfe der bei dem zweiten Verfahrensschritt
Halbleitermateria! 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 wci- 45 erneute Abscheidung idealer substituiert werden,
teres Halbleitermaterial durch thermische Zersetzung Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der
eines Halogenids des Halbleitermaterials abgelagert Beschreibung und den Figuren hervor.
In der deutschen OffenlegungFschrift I 769 298 ist Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Sub-
ein Verfahren zum Züchten eines einkristallinen strat und die auf dieses Substrat aufgebrachten HaIb-
Halbleitermaterials auf einem dielektrischen Träger- 50 leiterschichten;
material beschrieben. Dabei wird zur Herstellung des F i g. 2 zeigt die Aufwachsrate des Halbleitermate-Halbleitermaterials auf einem Saphirkristall 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 chen 1 versehen. Vorzugsweise besteht dieses Sub-850 bis 970° C bzw. zwischen 550 und 670° C gehal- strat aus Mg-Al-Spinell oder Saphir. Auf dem Subten wird. Anschließend werden in einem weiteren strat aufgebracht sind die beiden Schichten 2 und 3 Züchtungsvorgang bei erhöhten Temperaturen ent- aus Halbleitermaterial. Die mit dem Bezugszeichen 2 weder die gleichen Stoffe, oder gewünschtenfalls SiIi- versehene Keimschicht aus Halbleitermaterial wird ciumtetrachlorid, Germaniumtetrachlorid, Trichlorsi- 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 erfindungsgemaß da- Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfah-
durch gekennzeichnet ist, daß beim zweiten Schritt ren beschrieben. Die nach bestimmten Kristallebenen
3 4
geschnittenen und polierten Substratscheiben werden Vorzugsweise werden für einen Querschnitt von etwa zunächst von der Damage-Schicht befreit. Dies er- 20 cm8 etwa 5 bis 150 l/h Chlorwasserstoff zugefolgt vorzugsweise durch Glühen der Substratschei- führt. Da bei der erfindungsgemäßen Zugabe des ben bei einer Temperatur von mehr ah 10000C in Chlorwasserstoffes eine chemische Gleichgewichtsreeiner Wasserstoffatmosphäre oder durch naßchemi- 5 aktion abläuft, ist die Aufwachsrate der Schicht 3 gesches Ätzen der Substratscheiben be; erhöhten Tem- ringer als die Aufwachsrate der Keimschicht 2.
peraturen, vorzugsweise mit Phosphorsäure bei Tem- F i g. 2 zeigt die Abhängigkeit der Wachstumsrate peraturen zwischen 200 und 400° C. Die wie oben einer aufwachsenden Silicium-Halbleiterschicht bei angegebenen behandelten Substratscheiben werden konstantem Angebot von Silan und Wasserstoff von vorzugsweis; 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 cm2 geleitet werden. Aus dieser gebracht, wobei die Wasserstoffzufuhr nicht unter- 15 Kurve lassen sich erfindungsgemäß gewünschte gebrochen wird. Vorzugsweise liegt die Abscheidcicm- ringe Aufwachsraten als Funktion der Chlorwasserperatur oberhalb von 1000° C bei der Verwendung stoff-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 cm* 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 % Silan in Wasserstoff zu- 25 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- PatentansDriiche· wasserstoff zugegeben wird, ratentansprucne. ^^ ^.^ jn einem zweiten Verfahrensschritt zur
1. Verfahren zur Herstellung von epitaxial ab- weiteren Abscheidung von ."^emiatenal auf der geschiedenen Schichten aus Silicium oder Germa- S Keimschicht nicht wie bei obengenannten, bekanniium auf einem Substrat, wobei auf dem Substrat ten Verfahren fur Silicium vonemem Halogenid ausfcei einer vorgegebenen Temperatur des Substra- gegangen. Vielmehr wird zu dem im ersten Verfah-•es in einem eilten Schritt eine Keimschicht aus rensschritt verwendeten Gas das zur Abscheidung dem Silicium bzw. Germanium durch thermische der Keimschicht dient und bei Silicium be.spielswe.se irreversible Zersetzung von Silan bzw. German ίο Silan ist, unter Beibehaltung der Substrattemperatur «us dem Gemisch mit einem Trägergas abge- während beider Verfahrensschntte, bei dem zweiten •chieden wird, und wobei in einem zweiten Schritt lediglich Halogenwasserstof zugegeben.
Schritt auf dieser Keimschicht weiteres Silicium Ein durch die Erfindung erzielbarer Vorteil befczw. Germanium abgeschieden wird, dadurch steht darin, daß zur Abscheidung von Halble.termagekennzeichnet, daß beim zweiten Schritt 15 terial während des ersten Verfahrensschnttes, in dem dem Gasgemisch bei gleicher Temperatur Halo- irreversible Zersetzung und Abscheidung erfolgt, und genwasserstorf zugegeben wird während des zweiten Schnttes des Verfahrens, in
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- dem die Abscheidung nach einer Gleichgewichtsrefcennzeichnet, daß der Halogenwasserstoff gesteu- aktion abläuft, erfindungsgemaß nur eine einzige gasert zugegeben wird »0 förmige Halbleiterverbindung benotigt wird. Somit
ergibt sich ein kontinuierlicher Übergang von dem
ersten zu dem zweiten Verfahrensschritt, weshalb ein
homogenerer Kristallaufbau der epitaxial abgeschiedenen Halbleiterschicht als bei dem bekannten Ver-
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