DE2529484B2

DE2529484B2 - Verfahren und Vorrichtung zum epitaktischen Abscheiden von Silicium auf einem Substrat

Info

Publication number: DE2529484B2
Application number: DE19752529484
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Phys. Peter Duro 7104 Obersulm Braun; Woldymyr 7101 Biberach Kosak
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Electronic GmbH
Priority date: 1975-07-02
Filing date: 1975-07-02
Publication date: 1981-04-02
Also published as: DE2529484A1; JPS527829A; JPS6046183B2; DE2529484C3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum epitaktischen Abscheiden von Silicium auf einem Substrat mittels Silicium-Jod-Transport in einem abgeschlossenen Reaktionsgefäß, wobei das Substrat relativ zur q höher und seitlich und bei niedrigerer Temperatur gehalten wird,

Pejrn. epitajrtjschen Abscheiden von Silicmm awf einem Substrat mit Hilfe der Silicium-Jod-Transportreaktion werden nach bisher bekannten Verfahren die Quell« 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 Silicium anzugeben, welches die Verwendimg 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 Siliciumabscheidung ermöglichen, bei der die Abscheidung auf den nicht maskierten Teil des Substrats beschränkt bleibt Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Reaktionsgefäß in seiner Längsausdehnung horizontal angeordnet wird und daß die Abscheidungsrate durch die relative Höhenlage des Subsftats zur Siliciumquelle eingestellt wird. Je höher das Substrat im Reaktionsgefäß angeordnet wird, desto höher ist im allgemeinen die Abscheidungsrate.

Die Erfindung havden Vorteil, daß für die Epitaxie die üblichen Diffusionsöfen verwendet werden können und beispielsweise auch keine Vertikalöfen erforderlich sind. Aus dem Buch »H. Schäfer, Chemische Transportreaktionen« (1962), Seite 17, Punkt 2.13, ist es bekannt in einem abgeschlossenen Reaktionsgefäß durch Erhitzung einegasförmige Verbindungherzustellen.diedurchReaktion eines im Reaktorgefäß vorhandenen Transportgases und des ebenfalls im Reaktorgefäß vorhandenen Silicium einer Siliciumquelle entsteht Diese gasförmige Verbindung soll einen Siliciumtransport bewirken. Zur Aufrechterhaltung dieser Transportreaktion sind innerhalb des Reaktionsgefäßes unterschiedliche Temperaturbereiche vorhanden. Zur Erhöhung der Transportleistung ist das Reaktionsgefäß schräggestellt Das bekannte Verfahren dient zur Reinigung von Silicium, und zwar wird das gereinigte Silicium an der Wand des Reaktionsgefäßes niedergeschlagen. Der Wandbereich, auf dem das Silicium niedergeschlagen wird, befindet sich auf einer Temperatur, die niedriger ist als die

so Temperatur der Siliciumquelle.

Das Reaktionsgefäß wird in den für die Abscheidung erforderlichen Temperaturbereich vorzugsweise derart eingebracht, daß derjenige Teil des Reaktionsgefäßes, der das Substrat beinhaltet zuerst in den Temperaturbe-

reich gelangt Es empfiehlt sich, die Jodquelle auf derjenigen Seite der Siliciumquelle 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. Im Reaktionsgefäß sind mindestens zwei Tempera turzonen 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 Temperatwrzope und die Jodquelle und die SiliciumqueJle in.der anderen Temperaturzone angeordnet. Die Temperaturen der Temperaturzonen liegen beispielsweise im Bereich zwischen 500 und 1300⁰C, während die Temperaturdifferenz zwischen den Tempernturzonen beispielsweise l0bis500°Cbetrigt

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 Diffusionsofen ist der Temperatur-Obergangsbereich zwischen den unterschiedlichen Heizzonen bekanntlich langer als 5 cm. Das Reaktionsgefäß ist abgeschlossen und in semer Längsausdehnung horizontal angeordnet

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert

An das erfindungsgemäße Verfahren ist im wesentlichen die Forderung gestellt worden, daß als G^r'.mdlage 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 zum einen 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 F i g. 1 zeigt eine Vorrichtung zum epitaktischen Abscheiden von Silicium nach der Erfindung. Diese Vorrichtung besteht im wesentlichen aus dem geschlossenen Reaktionsgefäß 1 und der Heizwicklung 2 mit mindestens zvei getrennt regelbaren Heizzonen. In dem Reaktionsgefäß 1 befinden sich die Unterlage 3 für -to die Siliciumquelle mit der daraufliegenden Siliriumquel-Ie 4 sowie die Unterlage 5 für die Siliciumsubstratscheibe mit der daraufliegenden Siliciumsubstratscheibe 6.

Die Fig.2 zeigt den Temperaturverlauf im Reaktionsgefäß, d h. also die Abhängigkeit der Temperatur T -*5 von der Längsausdehnung χ des Reaktionsgefäßes. Nach diesem Temperaturverlauf befindet sich die Silicimnquelle 4 beispielsweise in d?,r höheren Tempera,-turzone 7 ιιηα dje Substratscheiben 6 in.der niedrigeren Temperaturzone 8, Zwischen den Temperaturzonen 7 und 8 verläuft die TemperaturObergangszone 9 mit einer Ausdehnung von ca, 5 bis 30 cm.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei dem durch die Temperaturübergangszone bedingten relativ weiten Abstand zwischen der Siliciumquelle und dem Subsvrat die Positioni des Substrats im Reaktionsgefäß von entscheidender Bedeutung für die Silicjumabscheidung ist Es hat sich nämlich herausgestellt daß die Siliciumabscheidung sehr wesentlich von der Höhenlage des Substrats im Reaktionsgefäß abhängig ist wobei die Höhenkocrdinate entgegengesetzt zur Richtung der Schwerkraft verläuft

In den F i g. 3 bis 5 sind drei typische, Substratpositionen angegeben. In der F«g. 3 befindet sich das Substrat! 6 im Reaktionsgefäß »unten«. In dieser Lage unterbleibt eine Abscheidung von Silicium, die St'^stratoberfläche wird im Gegenteil sogar angeätzt. In de«· F i g_r 4 befindet sich das Substrat 6 in der »mittleren« höhenlage. In dieser Position kann es bereits zu einer Siliciumabscheidung kommen. In der F i g. 5 befindet sich das Substi at 6 in der »höchsten« Position mit dem Ergebnis, daß es in dieser Substratlage zu einer verstärkten Silixiumabscheidung kommt Die Siliciumabscheidung nimmt also mit zunehmender Höhe der Substratposition zu.

Die F i g. 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 wordea

Will man bei dem Verfahren nach der Erfindung eine 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 einrepuliert werden, daß sich das Silicium bevorzugt auf dem nichtmaskierten Siliciumsubstrat abscheidet

In der Fig.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. S1O2 oder S13N4 verwendet werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

U Verfahren zum epitektischen Abscheiden γοη Silicium auf einem Substrat mittels SiliciunvJod-Transport in einem abgeschlossenen Reaköonsgefäß, wobei das Substrat relativ zur Siliciumquelle höher und seitlich und bei niedrigerer Temperatur gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgefäß in seiner Längsausdehnung horizontal angeordnet wird und daß die Abscheidungsrate durch die relative Höhenlage des Substrats zur Siliciumquelle eingestellt wird,
2. Verfahren nach Anspruch 1, 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 gelangt
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Jodquelle auf derjenigen Seite der Siliciumquelle angeordnet wird, die dem Substrat abgewandt ist
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abscheidungsprozeß durch einen zeitabhängigen Verlauf der Temperatur gesteuert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß die Temperatur von einer Anfangstemperatur auf die Betriebstemperatur geregelt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur von der Betriebstemperatur auf eine F.idtemperatur geregelt wird.
7. Vorrichtung zur Durchführe g des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem abgeschlossenen, in seiner Längsausdehnung horizontal angeordneten Reaktionsgefäß, das von einer Heizwicklung mit mindestens zwei getrennt regelbaren Temperaturzonen umgeben ist und in dessen Innerem eine Jodquelle sowie eine Siliciumquelle und ein Substrat angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet daß das Substrat relativ zur Siliciumquelle höher angeordnet ist und daß die eine Temperaturzone in Richtung der Längsausdehnung des Reaktionsgefäßes eine wesentlich größere Länge aufweist als die andere Temperaterzone.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß das Substrat in der langen Temperaturzone und die jodquelle und die Siliciumquelle in der anderen Temperaturzone angeordnet sind
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturen der Temperaturzonen im Bereich von 500 bis 1300⁰C liegen und daß die Temperaturdifferenz zwischen den Temperaturzonen 10 bis 500° C beträgt
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet daß der Abstand zwischen Substrat und Quelle größer als der Temperaturübergangsbereich zwischen den Temperaturzonen unterschiedlicher Temperatur ist.