DE2529484A1

DE2529484A1 - Verfahren und vorrichtung zum epitaktischen abscheiden von silizium auf einem substrat

Info

Publication number: DE2529484A1
Application number: DE19752529484
Authority: DE
Inventors: Peter Duro Dipl Phys Braun; Wolodymyr Kosak
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Electronic GmbH
Priority date: 1975-07-02
Filing date: 1975-07-02
Publication date: 1977-01-20
Also published as: DE2529484C3; JPS6046183B2; DE2529484B2; JPS527829A

Description

"Verfahren und Vorrichtung zum epitaktischen Abscheiden von Silizium auf einem Substrat" Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum epitaktischen Abscheiden von Silizium auf einem Substrat mit Hilfe einer Silizium-Jod-Transportreaktion unter Verwendung eines Reaktionsgefäßes.
Beim epitaktischen Abscheiden von Silizium auf einem Substrat mit Hilfe der Silizium-Jod-Transportreaktion werden nach bisher bekannten Verfahren die Quelle und das Substrat in einem Abstand voneinander angeordnet, der höchstens wenige Millimeter beträgt. Dies erfordert den Aufbau einer speziellen Einrichtung, die einen diesem geringen Abstand entsprechenden Temperaturverlauf gewährleisten muß. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Abscheiden von Silizium anzugeben, welches die Verwendung von in der Halbleitertechnik gebräuchlichen Einrichtungen gestattet, so daß beispielsweise zur Erzeugung der für die Abscheidung erforderlichen Temperaturzonen auch die aus der Diffusionstechnik bekannten Diffusionsöfen Anwendung finden können. Weiterhin soll das Verfahren nach der Erfindung eine selektive Siliziumabscheidung ermöglichen, bei der die Abscheidung auf den nichtmaskierten Teil des Substats beschränkt bleibt. Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art nach der Erfindung vorgeschlagen, daß das Substrat in Abhängigkeit von der Höhe im Reaktionsgefäß derart angeordnet wird, daß die gewünschte Abscheidung erzielt wird.
Wenn hier von Höhe gesprochen wird, so ist die gravitationsbedingte Höhe über einem Bezugspunkt gemeint Die angegebene Höhenabhängigkeit gilt sowohl für horizontal als auch für vertikal angeordnete Reaktionsgefäße, Das Substrat wird im Reaktionsgefäß nach der Erfindung vorzugsweise höher als die Quelle angeordnet. Die Abscheidungsrate wird durch die Höhenlage des Substrats im Reaktionsgefäß eingestellt. Je höher das Substrat im Reaktionsgefäß angeordnet wird, desto höher ist im allgemeinen die Abscheidungsrateo Das Reaktionsgefäß wird in den für die Anscheidung erforderlichen Temperaturbereich vorzugsweise derart eingebracht, daß derjenige Teil des Reaktiongefäßes, der das Substrat beinhaltet, zuerst in den Temperaturbereich gelangt Es empfiehlt sich, die Jodquelle auf derjenigen Seite der Siliziumquelle anzuordnen, die dem Substrat abgewandt: ist.
Der Abscheidungsprozeß wird vorzugsweise durch einen zeitabhängigen Verlauf der Temperatur gesteuert. Dabei wird die Temperatur von einer Anfangstemperatur auf die Betriebstemperatur geregelt. Schließlich wird die Temperatur von der Betriebstemperatur auf eine Endtemperatur geregelt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind im Reaktionsgefäß mindestens zwei Temperaturzonen unterschiedlicher Temperatur in Richtung der Längsachse des Reaktionsgefäßes vorhanden, wobei die eine Temperaturzone in Richtung der Längsausdehnung des Reaktionsgefäßes eine wesentlich größere Länge aufweist als die andere Temperaturzone. Das Substrat wird vorzugsweise in der langen 'Temperaturzone und die Jodquelle und die Siliziumquelle in der anderen Temperaturzone angeordnet. Die Temperaturen der Temperaturzonen liegen beispielsweise im Bereich zwischen 500 und 1300°C, während die Temperaturdifferenz- zwischen den Temperaturzonen beispielsweise 10 bis 5000C beträgt.
Eine selektive Abscheidung erhält man durch eine entsprechende Wahl des Druckes im Reaktionsgefäß. Zur Erzeugung der Temperaturzonen kann ein normaler Diffusionsofen verwendet werden, wie er in der Diffusionstechnik gebräuchlich ist.
Bei solchen Diffusionsöfen ist der Temperatur-Übergangsbereich zwischen den unterschiedlichen Heizzonen bekanntlich länger als 5 cm. Für das Verfahren nach der Erfindung wird vorzugsweise ein Reaktionsgß verwendet, welches abgeschlossen ist. Das Reaktionsgefäß kann in seiner Längsausdehnung horizontal oder vertikal angeordnet sein.
Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Um bei der Anwendung des Silizium-Jod-lYansportsystems zum Siliziumtransport von einer Quelle (Bodenkörper I) durch die Gasphase zu einem Substrat (Bodenkörper II) zu technisch vertretbaren Abscheidungsraten zu gelangen, muß bei bekannten Verfahren der räumliche Abstand zwischen den beiden, auf unterschiedlichen Temperaturen befindlichen Bodenkörpern zwischen einigen 10 /um und einigen nm liegen. Diese Bedingung erfordert einen speziellen technischen Aufbau.
An das erfindungsgemäße Verfahren ist im wesentlichen die Forderung gestellt worden, daß als Grundlage des technischen Aufbaus ein herkömmlicher Diffusionsofen verwendbar ist, wie er aus einer Vielzahl von Anwendungsfällen in der Halbleitertechnologie bekannt ist. Ein solcher Diffusionsofen zeichnet sich zu einem durch eine langgestreckte Anordnung aus und zum anderen bietet er die Möglichkeit, in Längsrichtung des Ofens mit geringem Aufwand voneinander entkoppelte Zonen unterschiedlicher Temperatur zu erhalten.
Die langgestreckte Anordnung solcher Öfen sowie deren lang ausgedehnte Zonen konstanter Temperatur bieten die Möglichkeit, bei Verwendung von längeren Reaktionsgefäßen mit größeren Substratscheibenchargen und damit unter Fertigungsbedingungen zu arbeiten.
Die Figur 1 zeigt eine Vorrichtung zum,epitaktischen Abscheiden von Silizium nach der Erfindung. Diese Vorrichtung besteht im wesentlichen aus dem ofrschlossenen Reaktionsgefäß 1 und der Heizwicklung 2mit mindestens zwei getrennt regelbaren Heizzonen. In dem Reaktionsgemäß 1 befinden sich die Unterlage 3 für die Siliziumquelle mit der daraufliegenden Siliziumquelle 4 sowie die Unterlage 5 für die Siliziumsubstratscheibe mit der daraufliegenden Siliziumsubstratscheibe 6.
Die Figur 2 ze-igt den Temperaturverlauf im Reaktionsgeaß, d h also die Abhängigkeit der Temperatur T von der Längsausdehnung x des Reaktionsgefäßes Nach diesem Temperaturverlauf befirrfflt si~l die Sii.iziumquelle 4 beispielsweise in der höheren Temperaturzone 7 und die Substratscheiben 6 in der niedrigeren Temperaturzone 80 Zwischen den Temperaturzonen 7 und 8 verläuft die Temperaturübergangszone 9 mit einer Ausdehnung von cao 5 bis 30 cm.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei dem durch die Temperaturübergangszone bedingten relativ weiten Abstand zwischen der Siliziumquelle und dem Substrat die Position des Substrats im Reaktionsgefäß von entscheidender Bedeutung für die Siliziumabscheidung ist. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß die Siliziumabscheidung sehr wesentlich von der Höhenlage des Substrats im Reaktionsgefäß abhängig ist, wobei die Höhenkoordinate entgegengesetzt zur Richtung der Schwerkraft verläuft.
In den Figuren 3 bis 5 sind drei typische Substratpositionen angegeben. In der Figur 3 befindet sich das Substrat 6 im Reaktionsgefäß "unten". In dieser Lage unterbleibt eine Abscheidung von Silizium, die Substratoberfläche wird im Gegenteil sogar angeätzte In der Figur 4 befindet sich das Substrat 6 in der "mittleren" Höhenlage. In dieser Position kann es bereits zu einer Siliziumabscheidung kommen. In der Figur 5 befindet sich das Substrat 6 in der "höchsten"~ Position mit dem Ergebnis, daß es in dieser Substratlage zu einer verstärkten Siliziumabscheidung kommt. Die Siliziumabscheidung nimmt also mit zunehmender Höhe der Substratposition zu.
Die Figuren 3 bis 5 unterscheiden sich lediglich durch die verschiedenen Höhenlagen des Substrats Der Abstand zwischen Substrat und Quelle sowie die Temperatur- und Druckverhältnisse im Reaktionsgefäß sind dagegen in den genannten drei Fällen nicht geändert und somit beibehalten worden.
Will man bei dem Verfahren nach der Erfindung ein selektive Abscheidung erzielen, so müssen die Substratscheiben entsprechend der selektiven Abscheidung teilmaskiert und in den Abscheidungsbereich des Reaktionsgefässes gebracht werden, der in einer entsprechenden Höhe im Reaktionsgefäß liegt.
Außerdem muß der Gesamtdruck im Reaktionsgefäß so einreguliert werden, daß sich das Silizium bevorzugt auf dem nichtmaskierten Siliziumsubstrat ab scheidet In der Figur 6 ist eine derartige Halbleiteranordnung mit flächenhaft selektiv abgeschiedenem Epitaxiebereich 10 auf einem Substrat 6 dargestellt Als Maskierung 11 können die in der Halbleitertechnik üblichen Materialien wie z. B.
SiO2 oder Si 3N4 verwendet werden.

Claims

Patentansprüche

1) Verfahren zum epitaktischen Abscheiden von Silizium auf einem Substrat mit Hilfe einer Silizium-Jod-Transportreaktion unter Verwendung eines Reaktionsgefässes, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat in Abhängigkeit von der Höhe- im Reaktionsgefäß derart angeordnet wird, daß die gewünschte Abscheidung auf dem Substrat erzielt wird.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat im Reaktionsgefäß höher als die Quelle angeordnet wird

3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Höhenlage des Substrats im Reaktionsgefäß die Abscheidungsrate eingestellt wird.

4) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgefäß in den für die Abscheidung erforderlichen Temperaturbereich derart eingebracht wird, daß derjenige Teil des Reaktionsgefäßes, der das Substrat beinhaltet, zuerst in den Temperaturbereich gelangte

5) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Jodquelle auf derjenigen Seite der Siliziumquelle angeordnet wird, die dem Substrat abgewandt ist.

6) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anscheidungsprozeß durch einen zeitabhängigen Verlauf der Temperatur gesteuert wird.

7) Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur von einer Anfangstemperatur auf die Betriebstemperatur geregelt wirdo

8) Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur von der Betriebstemperatur auf eine Endtemperatur geregelt wird

9) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gkennzeichnet, daß im Reaktionsgefäß mindestens zwei Temperaturzonen unterschiedlicher Temperatur in Richtung der Längsachse des Reaktionsgefäßes vorhanden sind und daß die eine Temperaturzone in Richtung der Längsausdehnung des Reaktionsgefäßes eine wesentlich größere Länge aufweist als die andere Temperaturzone.

10) Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat in der langen Temperaturzone und die Jodquelle und die Siliziumquelle in der anderen Temperaturzone angeordnet werden.

11) Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gkennzeichnet, daß die Temperaturen der Temperaturzonen im Bereich von 500 bis 13000G liegen und daß die Temperaturdifferenz zwischen den Temperaturzonen 10 bis 500 C beträgt.

12) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Reaktionsgefäß derart gewählt wird, daß eine selektive Abscheidung erzielt wird.

13) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Temperaturzonen ein in der Diffusionstechnik gebräuchlicher Diffusionsofen vorgesehen ist, der einen übergangsbereich zwischen den Temperaturzonen erzeugt, der länger als 5 cm ist.

14) Vorrichtung nach einem der Anspruche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein abgeschlossenes Reaktionsgefäß vorgesehen ist.

15) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Substrat und Quelle größer als der Temperaturübergangsbereich zwischen den Temperaturzonen unterschiedlicher Temperatur ist.

L e e r s e i t e