DE2437430A1 - Verfahren zur herstellung monokristalliner niedrigtemperatur-epitaxialbereiche durch umwandlung aus einer amorphen schicht - Google Patents
Verfahren zur herstellung monokristalliner niedrigtemperatur-epitaxialbereiche durch umwandlung aus einer amorphen schichtInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer dünnen Schicht aus einem monokristallinen Material auf einem monokristallinen
Trägersubstrat, wobei eine polykristalline amorphe Schicht auf dem Trägersubstrat
bei Temperaturen ausgebildet wird, die in einem Bereich zwischen etwa 500 C und etwa 600 C liegen.
Es ist bekannt, daß ein monokristallines Material, dessen Oberflächenschicht
durch Ionenimplantation beschädigt wurde, durch Glühen wieder in ein monokristallines Material des Ausgangs zustandes zurückverwandelt
werden kann. Wenn jedoch polykristalline amorphe Materialien auf einem
Fs/mü Träger-
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MOHiIP-I 192
Trägersubstrat aufgebracht werden und dann dieses monokristalline Material
durch Glühen zur Umwandlung gebracht werden soll, stellt man fest, daß
eine Umwandlung in einen monokristallinen Zustand nicht möglich ist. Der Grund dafür, daß sich das Material nicht in einen monokristallinen Zustand
umwandeln läßt, liegt in dem mangelnden innigen Kontakt zwischen dem Trägersubstrat aus dem monokristallinen Material und der sehr
dünnen Schicht aus dem polykristallinen amorphen Material. In den meisten Fällen wird eine sehr dünne Oxydschicht auf dem Trägersubstrat ausgebildet
und bleibt zwischen diesem und der polykristallinen amorphen Schicht erhalten. In diesem Fall hat die monokristalline Eigenschaft des Trägersubstrats
keinen oder nur ganz geringen Einfluß auf die dünne polykristalline amorphe Schicht während des Glühprozesses.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, aus einer dünnen polykristallinen
amorphen Schicht auf einem monokristallinen Trägersubstrat durch geeignete Maßnahmen eine monokristalline Schicht herzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen dem
monokristallinen Trägersubstrat und der polykristallinen amorphen Schicht im Grenzschichtbereich eine innige Kontaktverbindung hergestellt wird, und
daß anschließend die Temperatur des Trägersubstrats auf etwa 600 C
bis etwa 900 C gebracht wird, um das polykristalline amorphe Material
in ein monokristallines Material umzuwandeln.
Weitere Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von
weiteren Ansprüchen.
Die Maßnahmen der Erfindung sehen die Zerstörung der Grenzschicht zwischen der monokristallinen Substratschicht und der polykristallinen
amorphen Materialschicht vor, womit es durch einen herkömmlichen Glühprozeß möglich ist, aus einer polykristallinen amorphen Materialschicht
eine monokristalline Schicht wachsen zu lassen. Die innige Verbindung an der
- 2 - Λ Grenz-
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-a-
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Grenzschicht bzw. die Zerstörung der Grenzschicht erfolgt in vorteilhafter
Weise durch eine Ionenimplantation.
Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung
mit den Ansprüchen. . .
Bei der Herstellung von Halbleiterelemeriten ist es wünschenswert und
notwendig, gewisse Elemente in einer extrem dünnen Schicht des Oberflächenmaterials
anzuordnen. Durch die Verwendung extrem dünner Materialschichten läßt sich die obere Grenzfrequenzdes Halbleiteraufbaus
durch die Möglichkeit der Verwendung von gestaltbestirnmenden Prinzipien verbessern, die eine Verringerung der parasitären Kapazitäten
im Halbleiteraufbau mit sich bringen. Die Ausbildung solcher extrem dünner Oberflächenschichtcn ist jedoch problematisch wegen dar sich widerstrebenden
Methoden, mit welchen diese Oberflächenschichten auf einem Trägersubstrat angebracht werden. Das Trägersubstrat enthält z. B. normalerweise
Verunreinigungen, die dotierend wirken. Eine Schwierigkeif besteht in der Ausbildung dünner Oberflächenschichten, die frei von Verunreinigungen
ist, welche aus dem Trägersubstrat in diese dünne Oberflächenschicht wander-n. Bei Temperaturen, die normalerweise zur Her-■
stellung epitaxialer Oberflächenschichten verwendet werden, wandern nämlich diese Verunreinigungen aus dem Trägersubstrat in die epitaxiale
Schicht, die darüber angeordnet ist. Diese Bearbeitungstemperaturen liegen normalerweise in einem Bereich von etwa 1000 C bis etwa 1200 C, d.h.
bei Temperaturen, bei denen ein Aus diffundieren von Elementen aus dem Trägersubstrat üblich ist;
Ein polykristallines amorphes Material wird mit wesentlich geringeren
Temperaturen als epitaxiale Schichten hergestellt. Jedoch scheiterte bisher der Versuch, das polykristalline amorphe Material in monokristallines Material
- 3 - ' um zu-
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MO ΠΠΡ-.1192
umzuwandeln. Untersuchungen der Gründe hierfür lassen erkennen,
daß der Mangel an einem intensiven Kontakt zwischen dem Trägersubstrat
und der polykristallinen Schicht eine wesentliche Ursache ist. Häufig wird auf dem Trägersubstrat vor der Ausbildung der polykristallinen
amorphen Trägerschicht eine sehr dünne Oxydschieht angebracht,
Es wird daher vorgeschlagen, die Verwendung einer Ionenimplantation
zur Zerstörung der Grenzschicht zwischen der polykristallinen amorphen Schicht und dem Trägersubstrat zur Begünstigung der Umwandlung
des polykristallinen Materials in ein monokristallines Mat erial während
eines nachfolgenden Glühprozesses zu benutzen,
In einer Reaktionskammer wird auf einem N -Trägersubstrat eine monokristalline
amorphe Siliciu.mschicht.mit einer Dicke von etwa 1 ,um ausgebildet.
Diese polykristalline Siliciumschicht ist im wesentlichen zu diesem Zeitpunkt nicht dotiert. Das Trägersubstrat mit der darauf ausgebildeten
dünnen polykristallinen amorphen Siliciumschicht wird dann aus der Reaktionskammer genommen und einer Ionenimplantation unterzogen,
mit welcher Siliciumatome durch die dünne polykristalline Schicht und in das Trägersubstrat eingeimpft werden können. Die Dichte der Strahlung
15 2
kann etwa in einem Bereich von 10 l Atomen/cm liegen. Diese Strahlung
wird gleichmäßig über der gesamten Oberfläche des Halbleiteraufbaus einwirken,lassen und bewirkt eine innige Vermischung der Materialien an
der Grenzschicht zwischen dem Trägersubstrat und der polykristallinen amorphen Schicht. Anschließend wird die Halbleiterscheibe in einen Glühofen
gebracht und für etwa eine Stunde bei einer Temperatur zwischen etwa 600 C und etwa 900 C geglüht, um das polykristalline amorphe Material
in ein monokristallines Material umzuwandeln. Diese dabei entstehende monokristalline Schicht ist für die weitere Ausbildung von Halbleiterelementen
geeignet.
- 4 - Beispiel 2
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MO161P-1192'
In einer Reaktionskammer wird eine Halbleiterscheibe aus einemN -Silicium
angebracht und darauf eine dünne Schicht eines polykristallinen Materials
ausgebildet. Die Temperatur in der Reaktionskammer liegt dabei in einem
Bereich zwischen etwa 500 C bis etwa 600 C/ wobei eine Zusammensetzung aus Silan und einem Trägergas,· ζ. B0 Wasserstoff oder Stickstoff,
eingeleitet wird, damit sich die dünne amorphe Siliciumschicht auf dem. Siliciumsubstrat ausbildet» Während der Ausbildung dei* polykristallinen
Schicht werden Verunreinigungen in die Reaktionskammer eingeleitet, um eine gleichmäßig dotierte polykristalline amorphe Siliciumschicht auf dem
Trägersubstrat auszubilden. Nach Ablauf dieses Verfahrensschrittes hat
man eine polykristalline" amorphe Schicht auf der Trägerscheibe, die nunmehr
einer Ionenimplantation unterzogen wird, um Protone; durch die
polykristalline Schicht in "das Trägersubstrat einzuimpfen und die Grenzschicht
zwischen dem Trägersubstrat und der polykristallinen amorphen Schicht zu zerstören« Diese Ionenimplantation wird über der gesamten
Oberfläche der Halbleiterscheibe vorgenommen, um sicherzustellen, daß ein inniger Kontakt zwischen dem Silicium des Trägersubstrats und der
polykristallinen amorphen Schicht entsteht. Anschließend wird die Halbleiterscheibe
geglüht, wobei die Glühtemperaturen für etwa 15 Minuten bis etwa 120 Minuten mit Temperaturen von etwa 000 C bis etwa 900 C einwirken.
Eine N -Siliciumscheibe wird in einer Reäktiönskammer gebracht, um eine
polykristalline Schicht bei niederen Temperaturen aufzubringen. UnterVerwendung vori Silan und Wasser stoff gas wird eine amorphe Siliciumschicht
gleichmäßig auf der Halbleiterscheibe mit einer Dicke von I ,um oder weniger
ausgebildet» Dieses polykristalline Material kann dotiert oder undotiert sein.
- 5 - Das
5Q98 OJ/. 0:85 0. -■··■. , .
MOl 3IP-1192
D;is Aufbringen des polykristallinen Materials erfolgt bei einer
Temperatur von etwa 550 C in einer Atmosphäre, die Silan und
Wasserstoff enthält. Die Halbleiterscheibe wird dann entfernt und einer Ionenimplantation unterzogen, wobei Edelgasionen, z.B. H"
oder Si durch die polykristalline amorphe Schicht in die Trägerschicht eingeimpft werden. Die Implantation der Edelgasionen zerstört die
Grenzschicht zwischen dem Substrat und der polykristallinen amorphen Schicht und bewirkt einen innigen Kontakt dieser beiden Schichten miteinander.
Nach der Bestrahlung der gesamten Oberfläche der· Halbleiterscheibe
wird diese einem. Glühprozeß unterzogen, wobei die Halbleiterscheibe
auf eine Temperatur von etv/a 7(K) C für- eine Zeitdauer von
etwa 60 Minuten erhitzt wird, wodurch sich die polykristallin^ Mat erialschicht
in eine monokristalline Schicht umwandelt.
Schichten, die dicker als 1 ,um sind, können durch eine Wiederholung der
vorausstehend erläuterten Verfahren ausgebildet werden, wobei die
einzelnen Verfahr ens schritte für jede Schiebt des polykristallinen Materials
wiederholt werden. Nach der Umwandlung der ersten polykristallinen Schicht in eine monokristalline Schicht wird die Halbleiterscheibeerneut
mit einer polykristallinen amorphen Schicht versehen und die Grenzschicht zwischen dieser polykristallinen amorphen Schicht und der monokristallinen.
Schicht durch Ionenimplantation zerstört, Danach wir-d die Halbleiterscheibe
■ erneut geglüht, wobei sich die oberste polykristalline amorphe Schicht in
eine monokristalline Schicht verwandelt.
Die derzeit bekannten Temperaturbereiche für das Glühen von .hy;!; Ionenimplantation
zerstörten monokri stallin en Materialien., um wieder einen
niehtzerstörten Zustand iKvebei zuführen, entsprechen den Temperature!"].,
die für die Umwandlung des polykristallinen amorphen Material.·;: 'i\
eine monokristalline Form zweckmäßig sind,
« 6 » Patentansprüche
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Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung einer dünnen Schicht aus einem monokristallinen Material auf einem .,nonokristallincn Trägersubstrat,
wobei eine polykristalline amorphe Schicht auf dem Trägersubstrat bei Temperaturen ausgebildet wird, die in einem
Bereich zwischen etwa 500 C und etwa Π00 C liegen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem monokristallinen Trägersubstrat
und der polykristallinen amorphen Schicht im Grenzschichtbereich eine innige Kontaktverbinolung.hergestellt wird, und daß anschließend
die Temperatur des Trägersubstrats auf etwa 600 C bis etwa 900 C gebracht wird, um das polykristalline amorphe Material
in ein monokristallines. Material umzuwandeln.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
polykristalline amorphe Materialschicht auf dem Trägersubstrat mit
einer Dicke von weniger als 1 ,um ausgebildet wird, und daß Ionen ' durch die polykristalline amorphe Materialsehicht in das Substrat
eingeimpft werden, um die Grenzschicht zu beschädigen und eine innige Kontaktverbindung zwischen dem Trägersubstrat und dem
polykristallinen amorphen Material herzustellen.
3. Verfahren nach Anspruch 2\ dadurch gekennzeichnet, daß
zur Ionenimplantati
eingeimpft werden.
eingeimpft werden.
zur Ionenimplantation Siliciumionen, Protonen, He - bzw. N -Ionen
509 808/08
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