DE2238205A1 - Verfahren zur abscheidung von halbleitermaterial - Google Patents

Verfahren zur abscheidung von halbleitermaterial

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Description

  • "Verfahren zur Abscheidung von Raibleitermaterial" Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abscheidung von Halbleitermaterial auf einem Substrat durch Flüssigphasenepitaxie.
  • Unter Epitaxie wird die Abscheidung eines Halbleitermaterials in einkristalliner Form auf einem einkristallinen Substrat verstanden. Neben der epitaktischen Abscheidung aus der Gasphase wurde bisher für die Herstellung von Galliumarsenid-Kristallen die sogenannte Flüssigphasenepitaxie angewendet. Bei diesem Verfahren wird auf dem Substrat eine Zwei- oder Mehrkomponentenschmelze gebildet, deren eine Komponente aus dem abzuscheidenden Material besteht. Durch eine Temperaturerniedrigung wird die Schmelze übersättigt, so daß eine Abscheidung auf dem Substrat gemäß der Liquiduskurve des vorliegenden Systems erfolgt. Für die Siliziumepitaxie wird bevorzugt eine Silizium-Zinn- oder eine Silizium-Zinn-Blei-Schmelze verwendet. Wenn die gewünschte Schichtdicke erreicht ist, wird der AuSwachsvorgang durch Dekantieren der Schmelze von der Substratoberfläche unterbrochen.
  • Das vorgenannte Verfahren hat den Nachteil, daß es nicht möglich ist, die Schmelze vollständig von der Substratoberfläche zu dekantieren. Dieses führt dazu, daß nur ein ungleichmäßiges Wachstum erzielt wird, das für technologische Zwecke der Bauelementeherstellung unbrauchbar ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Flüssigphasenepitaxie verfügbar zu machen, das ein gezieltes und gleichmäßiges Wachstum auf der Substratoberfläche ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß auf dem Substrat eine das abzuscheidende Material enthaltende Zwei- oder Nehrkomponentenschmelze gebildet wird, und daß bei konstanter Temperatur das abzuscheidende Material der Schmelze aus der Gasphase zugeführt und aus dieser auf dem Substrat abgeschieden wird.
  • Um den Diffusionsprozeß von der Oberfläche der Schmelze zur Oberfläche des Substrats zu begünstigen, wird innerhalb der Schmelze ein in Richtung auf die Substratoberfläche abnehmender Temperaturgradient eingestellt.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß zur Bildung der Schmelze eine Metallfolie auf die Substratoberfläche aufgelegt wird. Wenn ein gleichmäßiges Anlösen der Substratoberfläche bei der Bildung der Schmelze erwünscht ist, wird vorteilhaft eine Metallfolie mit gleichmäßiger Dicke verwendet.
  • Für den Ball, daß die Abscheidung nur auf lokal begrenzten Stellen der Substratoberfläche stattfinden soll, wird die Folie beispielsweise durch Stanzen in die gewünschte geometrische Form gebracht, während die übrigen Oberflächenteile des Substrats passiviert werden. Die Oberfläche kann bevorzugt entweder durch Oxydation oder Abscheidung von Siliziumoxid passiviert werden.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele und einer schematischen Figur erläu-'term.
  • In einem Rohrofen 1 befindet sich ein Quarsträger 2 zur Aufnahme der Substratscheiben 3. Auf jeder Substratscheibe befindet sich eine Netallfolie 4, bzw.
  • bildet sich eine Schmelze 4 aus. Für die Siliziumepitaxie wird zweckmäßig eine Zinnfolie von etwa 100ru Dicke verwendet. Soll das epitaktische Wachstum nur an einer Stelle der Substratscheibe erfolgen, so muß die Metallfolie vorher in der gewünschten Weise gestanzt werden. Die von der Folie nicht bedeckten Flächenteile 6 müssen dann vor dem Aufwachsvorgang, z. B. durch Oxydation, passiviert werden.
  • Beim Hochheizen der Substrat scheibe auf die Epitaxietemperatur legiert die Metallfolie an das Substratmaterial an, wobei sich die Schmelze mit der zur Epitaxietemperatur entsprechenden Gleichgewichtskonzentration an Halbleitermaterial aufsättigt. Dieser Vorgang ist deswegen-sehr erwünscht, weil damit gewährleistet ist, daß das anschließende epitaktische Wachstum auf einer frisch geätzten Substratoberfläche erfolgt.
  • Auf pyrolytischem Wege - z. B. beim Silizium mit einem Silan-Wasserstoff-Gasgemisch 7 bei Temperaturen von 1000 bis 11000 C - wird polykristallines Halbleitermaterial 5 auf der Schmelze und der passivierten Zone abgeschieden. Während dieses Abscheidungsvorganges muß ein Temperaturgradient in Richtung auf die Substratoberfläche so vorhanden sein, daß mindestens T2 7 T3 in der Regel aber T1 47T2 7 T3 7T3 ist. (T1 I Temperatur des polykristallinen Halbleitermaterials, T2 " Temperatur der Schmelze, Tf . Temperatur des Substrates). Sonst würde die Schmelze durch das Substrat hindurch legieren.
  • Weiterhin darf der geforderte Temperaturgradient einen bestimmten, von der Schmelze und der Arbeitstemperatur abhängigen Mindestwert nicht unterschreiten, weil sonst durch "konstitutionelle Unterkühlung" der Schmelze die Ausbildung einer einheitlichen Wachstums front verhindert wird.
  • Wird der Temperaturgradient in der geforderten Weise eingehalten, so führt das auf der Schmelzoberfläche abgeschiedene Halbleitermaterial zu einer Ubersättigung der Schmelze in der Nähe der Substratoberfläche. Auf diese Weise scheidet sich dort das überschüssige Halbleitermaterial ab.
  • Die Dicke der aufgewachsenen Schicht hängt bei diesem Verfahren von der festen Temperatur der pyrolytischen Abscheidung und von der Abscheidungsdauer ab. Sie läßt sich somit im Gegensatz zu den bisherigen Verfahren sehr genau einstellen. Bei diesen ist die Schichtdicke nur durch die untere Temperatur gegeben, bis zu der die Schmelze vor dem Dekantieren abgekühlt wird.
  • Nach Beendigung des Aufwachsvorganges läßt sich die Metallschmelze auf einfache Weise mit HOl entfernen. Das gleichzeitig auf der Oxidfläche polykristallin abgeschiedene Halbleitermaterial kann wegen seiner hohen Ätzgeschwindigkeit mit einem gepufferten HF-HN03-Säuregemisch leicht entfernt werden.
  • Zur Herstellung dotierter Halbleiterschichten kann man dem für die Pyrolyse benutzten Gasgemisch die entsprechenden Dotierstoffe beimischen. Z. B. wird zur Herstellung von N-Silizium Phosphin und zur Herstellung von P-Silizium Diboran in der zur Einstellung der gewünschten Dotierung entsprechenden Konzentration beigegeben.

Claims (9)

Patentansprüche
1. Verfahren zur Abscheidung von Halbleitermaterial auf einem Substrat durch Flüssigphasenepitaxie, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Substrat eine das abzuscheidende Material enthaltende Zwei- oder Nehrkomponentenschmelze gebildet wird und daß bei konstanter Temperatur das abzuscheidende Material der Schmelze aus der Gasphase zugeführt und aus dieser auf dem Substrat abgeschieden wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Schmelze ein in Richtung auf die Substratoberfläche abnehmender Temperaturgradient eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Schmelze eine Metallfolie aufgelegt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Folie mit gleichmäßiger Dicke verwendet wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie nur die Stellen der Substratoberfläche bedeckt, an denen eine Abscheidung erfolgen soll und die übrigen Teile der Oberfläche passiviert sind.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zu passivierenden Bereiche der Oberfläche oxydiert werden.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf den zu passivierenden Bereichen der Ober fläche Siliziumoxid gebildet wird
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Silizium auf einem Siliziumsub strat abgeschieden wird, die Metallfolie aus Zinn besteht und die Abscheidung bei Temperaturen zwischen 1000 und 11000 C mit Hilfe von Silan erfolgt.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dotierte Halbleiterechichten epitaktisch abgeschieden werden, indem die entsprechenden Dotierstoffe den zur Pyrolyse benutzten Gasen dazu gegeben werden.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO1993024678A2 (de) * 1992-05-27 1993-12-09 Peter Schmidt Verfahren und vorrichtung zur herstellung von einkristallen und danach hergestelltes kristallmaterial
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