DE2536174A1 - Verfahren zum herstellen von siliciumkoerpern fuer halbleiteranordnungen - Google Patents

Description

• Verfahren zum Herstellen von Siliciumkörpern für Halbleiteranordnungen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Siliciumkörpern für Halbleiteranordnungen, bei dem auf der ebenen Oberfläche eines erhitzten Trägerkörpers eine Siliciumschicht aus einem aus Siliciumhalogenid und/oder Silan bestehenden und mit Wasserstoff und/oder Inertgas gemischten Reaktionsgas abgeschieden und an der dem Trägerkörper gegenüberliegenden Oberflächenseite mit einer Elektrode versehen wird.
• Solche, als Epitaxie bezeichnete Verfahren sind zur Herstellung von Halbleiterbauelementen üblich. Der Trägerkörper besteht dann in der Regel aus einem Einkristall, insbesondere aus Silicium, auf dem die gewünschte Siliciumschicht in einkristallinem Zustand abgeschieden wird.
• Für gewisse Halbleiterbauelemente, z.B. für Solarzellen und durch Feldeffekt gesteuerte Elemente, könnte jedoch auf den zur Herstellung der einkristallinen Struktur erforderlichen technischen und vor allem zeitlichen Aufwand abgesehen werden, sofern es nur gelingt, das Silicium der abzuscheidenden Siliciumschicht mit entsprechendem Reinheitsgrad zu erhalten und man dafür sorgt, daß ein genügend dichtes kristallines Gefüge der abgeschiedenen Siliciumschicht resultiert.
• Deshalb wird gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, daß die Siliciumschicht in polykristallinem Zustand auf einem aus Graphit bestehenden band- oder plattenförmigen Trägerkörper abgeschieden, daß dann an der abgeschiedenen Siliciumschicht die zur Fertigung eines Halbleiterelements mit pn-Übergang erforderlichen Maßnahmen derart vorgenommen werden, daß der durch die Abscheidung der Siliciumschicht bedingte polykristalline Zustand wenigstens bei dem größeren Teil der Siliciumschicht erhalten bleibt.
• Damit wird von einem zeitraubenden Tempern der Siliciumschicht zur Erzielung einer einkristallinen Struktur, Abstand genommen.
• Durch Beimischung von gasförmigen Dotierungsmaterial zu dem für die Abscheidung verwendeten Reaktionsgas, insbesondere durch Beimischung von Phosphor- oder Borhydrid, erhält man dotierte Siliciumschichten, wobei sich durch Wechsel des Dotierungsstoffes im Verlaufe des Abscheideverfahrens pn-Übergänge erzeugen lassen, die sich parallel zu der ebenen Oberfläche des Trägerkörpers erstrecken. Vorteilhaft ist es, wenn man am Ende des Abscheideverfahrens dem vorher verwendeten Reaktionsgas etwas Sauerstoff oder ein anderes gasförmiges oxydierendes Medium beimengt, um am Schluß der Abscheidung eine die vorher abgeschiedene Siliciumschicht bedeckende Oxydhaut zu erhalten, die dann als Schutzschicht bzw. als Diffusionsmaske zur Erzeugung von pn-Übergängen in der aus der Planartechnik bekannten Weise eingesetzt werden kann.
• Als Reaktionsgas stehen vor allem die Siliciumhydride und die Chlor-, Brom und Jodhalogensilane zur Verfügung. Sie werden in üblicher Weise mit Wasserstoff oder einem Edelgas vermischt zur Anwendung gebracht. Zweckmäßig enthält das Reaktionsgas zur Börderung der Entstehung eines mikrokristallinen Abscheidegefüges Zusätze, wie sie in der DT-Patentanmeldung P 25 08 802.2 (VPA 75 P 1028) vorgeschlagen sind.
• Soll der band- oder plattenförmige Trägerkörpßr aus Graphit als Elektrode des bzw. der herzustellenden Halbleiterbauelemente dienen, dann empfiehlt es sich, zu Beginn der Abscheidung die Temperatur so hoch einsustellen, daß sich zunächst mit dem Kohlenstoff des Trägers eine dünne, d.h. nur einige AE starke Haut aus SiO bildet, auf die dann nach Absenkung der Temperatur auf die eigentliche Abscheidungstemperatur die gewünschte Siliciumschicht abgeschieden wird. Um einen guten elektrischen Kontakt zur Graphitelektrode zu erzielen, ist es günstig, wenn die SiC-Zwischenschicht und etwas von dem anschließend abzuscheidenden Silicium eine hohe Dotierung des einen Leitungstyps erhält, während man den Rest der Siliciumschicht den vorliegenden Bedürfnissen entsprechend mit Dotierungsstoff versieht.
• Eine Zwischenschicht aus SiC läßt sich auch erzeugen, indem man bei einer Trägertemperatur von mindestens 1250°C dem zur Abscheidung von Silicium befähigten Reaktionsgas zunächst etwas CH4 und/oder CCl4 beimengt. Andernfalls kann man auch auf die Erzeugung einer SiC-Zwischenschicht verzichten, auch dann, wenn der aus Graphit bestehende Träger als Elektrode der herzustellenden Halbleitervorrichtungen verwendet werden soll, da eine genügend feste Haftung immer dann gesichert ist, wenn - zumindestens die ersten Phasen der Abscheidung - bei Temperaturen unterhalb von 10000°C erfolgen und/oder ein Graphitträger mit aufgerauhter Oberfläche verwendet wird.
• Soll hingegen die abgeschiedene Siliciumschicht nach erfolgter Abscheidung von dem Graphitträger gelöst werden, so wird man Abscheidungstemperaturen von mehr als 1050°C verwenden und zweckmäßig von einem Graphitträger mit glatter Oberfläche ausgehen.
• Eine glatte Oberfläche des Trägers erzielt man z.B. durch Polieren mit feinem Schmirgel und/oder durch Tempern der Oberfläche des Trägers in einem zur Abscheidung von Kohlenstoff befähigten Gas insbesondere aus mit Argon vermischten CH4 bei einer Temperatur von mindestens 1300°C (Glanzkohlebildung).
• Für die Abscheidung der eigentlichen Siliciumschicht sind folgende Punkte von Bedeutung: 1.) Die Erzielung einer möglichst feinkristallinen Struktur, 2.)- eine Abscheidung bei möglichst tiefer Temperatur, 3.) eine möglichst hohe Wirtschaftlichkeit.
• Eine Abscheidung der Si-Schicht bei niedriger Temperatur (möglichst unterhalb von 1000°C) führt selbst bei Verwendung eines Substrats aus einkristallinem fehlerfreien Silicium zu einer polykristallinen Entartung der abgeschiedenen Schicht. Eine aufgerauhte Trägeroberfläche führt ebenfalls zu polykristalliner Abscheidung. Schließlich kann man dem Reaktionsgas Zusätze entsprechend den Ausführungen der D@-Patentanneldung P 25 08 802.2 (VPA 75 P 1028) in geringer Menge beimischen. Ein Beispiel bildet die Zugabe von Beryllium-Dipropyl, einer bei Zimmertemperatur flüssigen Substanz, die zum Einbau von Be-Partikeln in dem abgeschiedenen Silicium führt. Der Berylliumanteil wird so gering bemessen, daß auf 105-104 Si-Atome je ein Be-Atom kommt. In ähnlicher Weise kann auch Magnesium eingesetzt werden.
• Es ist beabsichtigt, als Trager möglichst großflächige Graphitbänder oder Flatten oder Folien zu verwenden. Außerden ist es günstig, wenn das angewendete Reaktionsgas inbezug auf seinen Si-Gehalt möglichst voll ausgenutzt wird. Diesem Gesichtspunkt der Erfindung wird in den nun folgenden Betrachtungen ein besonderes Augenmerk gegeben, wobei auch dafür gesorgt wird, daß auch bei Vorliegen einer großeu Abscheidungsfläche möglichst gleiche Abscheidebedingungen über die ganze Abscheidefläche hin gewährleistet werden.
• Da Graphit ein g@ter elektrischer Leiter ist, besteht die Möglichkeit, den kand- oder plattenförmigen Trägerkörper durch direkten Stromfluß auf die Abscheidungstemperatur zu bringen.
• Eine entsprechende Anordnung ist in Fig. 1 dargestellt.
• Der Trägerkörper besteht bei dieser Anordnung aus einem ebenen mäanderförmig geschnittenen Graphitband 1 mit möglichst homogenen stromführenden Querschnitt, das mit vertikal orientierter Ebene an seinen Enden mittels Elektroden 2 in einem Reaktionsgefäß gehaltert ist. Das Reaktionsgefäß besteht aus einer metallischen Bodenplatte, z.B. aus VA-Stahl 3, durch die die den Trägerkörper halternden E-lektroden 2 hermetisch und gegeneinander elektrisch isoliert hindurch geführt sind, sowie aus einer gasdicht auf die Bodenplatte aufgesetzten kastenförmigen Haube 4 aus Quarz.
• Die Zufuhr von Reaktionsgas erfolgt zweckmäßig über gasdicht durch die Bodenplatte 3 geführte Düsen 5, während die der Abfuhr an verbrauchtem Gas dienenden Düsen 6 an der Oberseite der Haube 4 vorgesehen sind. Die Beheizung des Trägers erfolgt in bekannter Weise über einen über die Elektroden 2 zugeführten elektrischen Heizstrom.
• Es kann nun eine größere Anzahl solcher einander gleicher Trägerkörper 1 auf der metallischen Grundplatte nebeneinander analog der aus der Fig. 1 ersichtlichen Weise montiert sein, so daß man zu einer besseren Ausnutzung des Reaktionsgases kommt. Bevorzugt wird man dann die Träger 1 unmittelbar nebeneinander und parallel zuei @-ander auf der Grundplatte 3 anordnen und zwischen je einem Paar der Träger mindestens eine Zufuhr 5 für frisches Reaktionsgas vorsehen, so daß für eine gute Zirkulation des Reaktionsgases gesorgt ist.
• Auf jeden Fall ist bei einer in Fig. 1 dargestellten Anordnung eine Abscheidung auf den beiden Seiten des Trägers gegeben, vor allem dann, wenn die Gaszufuhr an den beiden Seiten des Trägers in gleichem Maße gewährleistet ist. Dann kann es zweckmäßig sein, zwei dünnere und einander gleiche Träger sandwichartig und lösbar aufeinander fest zu klammern, so daß sie einen einzigen kombinierten Trägerkörper bilden, und daß nach erfolgter beidseitiger Abscheidung, die beiden Teile des Trägers 1 wieder voneinander gelöst werden können.
• Ferner kann der bandförmige Träger mit rippenartigen Vorsprüngen oder rinnenartigen Vertiefungen versehen sein, so daß streifenförmige Gebiete der Trägeroberfläche sich inbezug auf ihre Temperatur von der übrigen Oberfläche des Trägers unterscheiden. Man wählt nun das Reaktionsgas in an sich bekannter Weise so, daß in den streifenförmigen Gebieten aufgrund der dort herrschenden niedrigeren oder höheren Temperatur eine verminderte Siliciumabscheidung gegeben ist. Die erhaltene Siliciumschicht weist dann analog einer Tafel Schokolade ein Netz verdünnter Stellen auf,längs deren eine Auftrennung in einzelne Bauelemente leichter möglich ist.
• Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung dient das von dem elektrischen Heizstrom durchflossene, mäanderförmig gewundene Graphitband als Trägerkörper (Substratkörper) für die Abscheidung der gewünschten Siliciumschicht. Die Anordnung läßt sich aber leicht abwandeln, indem man als Trägerkörper eine durch das Graphitband 1 durch Strahlung und/oder Wärmeleitung indirekt beheizte Graphitfolie, z.B. mit einer Stärke von 0,5 mm vorsieht, die jeweils eine Seite des mäanderförmigen Bandes 1 ganzflächig in Form eines geschlossenen Rechtecks bedeckt.
• Zwischen diesen Graphitfolien und dem eigentlichen Heizelement 1 kann eine dünne Isolierschicht, z.B. in Form einer aus pyrolytisch abgeschiedenem SiO2- oder Al2O3- oder BeO-Schicht, angeordnet sein.
• Die Anordnung ist in Fig. 2 im Schnitt gezeigt, wobei der aus dem mäanderförmig gewundenen Graphitband 7 bestehende Heizer mit der thermisch beständigen Isolierschicht 8 von beispielsweise 5µm Dicke 2 an seiner gesamten freien Oberfläche bedeckt ist. Die Schicht erhält man beispielsweise, indem man den mäanderförmigen Körper des Heizers 1 bei Gegenwart von tuft in einem aus einer Düse austretenden Strahl eines Argon-SiH4-Gemisches erhitzt, wobei das in der DT-OS 1 933 664 (VPA 69/2598) zur Beschichtung von Substratscheiben mit SiO2-Filmen geoffenbarte Verfahren sinngemäß angewendet werden kann. Will man statt einer SiO2-Schicht eine Al2O3 oder eine BeO-Schicht haben, so wird man das pyrolytisch zu zersetzende und die Schicht 7 bildende Gas aus Argon und einer flüchtigen Aluminiumalkylverbindung, z.B. Aluminiumtrimethyl, oder aus Argon und einer flüchtigen Berylliumalkylverbindung, z.B.
• Dipropylberyllium, herstellen.
• Die den eigentlichen Träger der Abscheidung bildenden Graphitfolien 9 werden auf dem Heizer 7 bzw. die ihn bedeckende Isolierschicht 8 in wärmeleitendem Kontakt angelegt, so daß das für die Si-Abscheidung vorgesehene Reaktionsgas in Berührung mit der Außenseite der beiden Folien 9 gelangt, während man ein Eindringen des Reaktionsgases zwischen Heizer 7 und Folie 9 zweckmäßig durch entsprechende Abdichtung vermeidet.
• Die Folie 9 kann an dem Heizer 7 z.B mittels einer Klammer oder mittels eines Nagels befestigt sein. Der Einsatz kann z.B. in einer ähnlichen Anordnung erfolgen wie Fig. 1» Nach erfolgter Abscheidung werden die mit den abgeschiedenen Siliciumschichten versehenen Folien von dem Heizer 7 abgenommen und der Heizer mit neuen Folien bestückt. Die weitere Verarbeitung der mit der Folie 9 verbundenen Siliciumschichten geschieht, wie oben beschrieben. Im allgemeinen wird man die Folie von der abgeschiedenen Schicht entfernen, so daß man in diesem Fall zweckmäßig mit Abscheidetemperaturen oberhalb von 1050°C arbeitet.
• Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anband der Fig. 3 beschrieben. Hier wird als Träger ein langes gestrecktes Band 10 aus Graphit verwendet und im Durchlaufbetrieb durch ein rohrförmiges und mit den erforderlichen Abscheidebedingungen ausgerüstetes Reaktionsgefäß 11 hindurchgeschleust. Dabei wird man die erforderlichen Abscheidebedingungen nur im mitt-1 eren Teil C, D des rohrförmigen Reaktionsgefäßes aufrecht erhalten, während im Anfangsteil Ä und im Endteil F Mittel zur Fuhrung des Trägerkörpers 10 in dem Reaktionsrohr 11 vorgesehen sind.
• Zwischen den beiden äußeren Teilen A.F. einerseits und den mittleren Teilen C, B des Reaktionsrohres sind je eine Gasschleuse 3 und E vorgesehen, die durch je einen, den gesamten lichten Querschnitt des Reaktionsrohres 11 erfassenden und von einem Schleusengas durchströmten Kanal 15 bzw, 16 gegeben sind.
• In dem mittleren Teil D und C wird ein merklich größerer Gasdruck als in den beiden Schleusen B und E aufrecht gehalten, so daß die Gefahr, daß das Schleusengas in den Reaktionsraum eindringt, sehr reduziert ist, zumal, wenn zwischen den Schleusen B und C einerseits und dem Reaktionsraum D und C andererseits Engpässe vorgesehen sind, die zum größten Teil noch von dem sich in seiner Achse und längs der Achse des Reaktionsrohres 11 verschiebenden Trägerkörper 10 eingenommen werden.
• Im Beispielsfalle gemäß Fig. 3 sind in dem Eingangsteil A des Reaktionsrohres 11 Führungsrollen 12 oder Führungsschienen vorgesehen um das Band 10 in dem Reaktionsrohr 11 zu zentrieren. Ahnliche Führungen können auch im Endteil F vorgesehen werden. Im Beispielsfalle ist stattdessen im Endteil ein Gleitkolben 13 aus elastischem Material, z.B. aus Polyfluoräthylen oder Silicone-Kautschuk, vorgesehen, der mittels Zuges in Richtung des Pfeiles 14 und eines nicht dargestellten Schneckengetriebes langsam, z.B.
• mit 1 mm/min., bewegt wird. In dem elastischen Kolben 13 ist das eine Ende des bandförmigen Trägers 10 verankert, so daß infolge der Bewegung des Kolbens das Graphitband 10 in seiner Längsrichtung und in Achsenrichtung des rohrförmigen Reaktionsgefäßes 11 verschoben wird. Die Geschwindigkeit dieser Bewegung ist ein Mittel, um die Stärke der auf dem bandförmigen Trägerkörper 10 abgeschiedenen Siliciumschicht festzulegen. Die anderen Parameter sind die in den mittleren Teilen C und D des Reaktionsgefäßes 11 aufrecht erhaltenen Abscheidebedingungen.
• Falls man, wie oben erwähnt, den Druck der Gase im Reaktionsraum C und D merklich größer als in den beiden Gasschleusen B und E einstellt, so braucht man für das Schleusengas kein besonders aufwendig zu beschaffendes Gas verwenden. Beispielsweise genügt Stickstoff oder Luft. Das Schleusengas kann auch durch Evakuieren verdünnt sein.
• Am Eingang des der Gasversorgung dienenden ersten Teils C des eigentlichen Reaktionsgefäßes wird über eine Düse 17 Wasserstoff und/ oder Edelgas mit hohem Druck gegenüber dem Druck des Schleusengases eingeblasen. Die Düse 17 ist auf den eigentlichen Reaktionsraum D hingerichtet, so daß das sie verlassende Inertgas vorwiegend in dieser Richtung strömt. Es vermischt sich auf diesem Wege mit dem an der Stelle 18 über mehrere Einlaßdüsen gelieferten aktiven Komponente des Reaktionsgases, also bevorzugt einem Gemisch aus Siliciumchlorid und Wasserstoff oder Silan und Wasserstoff bzw. Inertgas. Das Gasgemisch gelangt dann in den eigentlichen Reaktionsraum D.
• Dieser ist mit einer Heizvorrichtung für den Träger 19 ausgerüstet.
• Im Beispielsfalle besteht die Heizvorrichtung aus einer das Reaktionsrohr (welches an dieser Stelle auf jedenfall aus Quarz besteht) dicht umgebenden und mit Hochfrequenzenergie beaufschlagten Induktionsheizspule 19, die in ein wärmeisolierendes Material 20, z.B. Asbest, eingebettet ist, um die Wärme im Reaktionsraum möglichst zu konservieren. Es hängt von dem Abstand der Induktionsheizspule 19, von der Oberfläche des Graphitbandes 10 sowie der Stärke des in ihr erzeugten Induktionsheizstromes sowie dessen Frequenz ab, inwieweit sich der aus Graphit bestehende bandförmige Träger 10 in der Zone D erhitzt. Auf jeden Fall bereitet es keine Schwierigkeiten, diese beiden Parameter so zu bemessen, daß sich der in der Abscheidungszone befindliche Teil des bandförmigen Trägers 10 durch in ihm aufgrund des Induktionsfeldes der Spule 19 induzierten Stromes auf die jeweils erforderliche Abscheidetemperatur erhitzt. Dank der Anwesenheit des über 17 und 18 gelieferten Reaktionsgases ist dann die Abscheidung an beiden Seiten des bandförmigen Trägerkörpers 10 gesichert, Das Abgas der Reaktion gelangt in das Schleusengas der Schleuse E und wird mit diesem mit abgeführt, Statt der Verwendung eines bandförmigen Trägers aus Graphit könnte ein aus einem hitzebeständigen Metall bestehendes Band vorgesehen sein, auf welchem als eigentliche Trägerkörper Folien oder Scheiben aus Graphit befestigt sind.
• Eine andere Durchführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand der Fig. 4 beschrieben. Der aus Graphit bestehende Trägerkörper hat hier die Gestalt einer gasundurchlässigen Folie, die entweder unmittelbar oder mittelbar über ein dünnes Blech aus einem hitzebeständigen Metall einen evakuierten Raum begrenzt.
• In diesem evakuierten Raum wird ein Elektronenstrahl 30 erzeugt und auf die Graphitfolie 21 bzw. deren metallischen Träger zum Auftreffen gebracht. Die dadurch bedingte Stelle lokaler hoher Erhitzung wird zur Erzielung der gewünschten Abscheidung an der anderen Seite der Graphitfolie 21 ausgenutzt.
• In dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel bildet die Graphitfolie 21 die vordere Wand eines durch einen Metallkasten 22 gebildeten Vakuumgefäßes in welchem eine Glühkathode 23 zur Erzeugung des Elektronenstrahlers 30 isoliert montiert ist. Die zur Bündelung und Ablenkung des Elektronenstrahlers 30 erforderlichen Mittel 25 sind bekannt und können nach Belieben eingesetzt werden. Sie sind im Beispielsfalle lediglich durch eine elektrische Linse 25 angedeutet und werden mit Hilfe einer steuerbaren elektrischen Spannung 26 beaufschlagt. Die Folie 21 ist vakuumdicht mit dem Rand des Kastens 22 verbunden. Der Kasten 22 ist zudem durch eine Vakuumpumpe 27 evakuierbar. Der Auftrefffleck des Elektronenstrahlers 30 ist mit 31 bezeichnet. Er stellt bei genügender Intensität und Spannung des Elektronenstrahlers (kinetische Energie der in ihm geführten Elektronen) eine Stelle hoher Temperatur dar, während die Nachbarstellen dank der raschen Verteilung des Stromes in der Folie abseits des Auftreffflecks 31 relativ kühl sind. Grenzt die Außenseite der Folie 21 an einen mit Reaktionsgas erfüllten Raum 28 an, so findet an dieser - und zwar begrenzt an die dem Auftrefffleck unmittelbar gegenüberliegenden Stelle 32 der Folienaußenseite - Siliciumabscheidung statt.
• Man kann nun einerseits den Raum 28 über die Einlaß- und Auslaßstelle 29 mit dem Reaktionsgas versorgen. Zum anderen kann man den Auftrefffleck 31 des Elektronenstrahlers 30 durch programmierte Steuerung der Spannung 26 nach Belieben über die Innenseite der Folie 21 führen. So ist es z.B. möglich, daß der Auftrefffleck die Folie nur innerhalb von einzelnen durch nicht von dem Quftrefffleck getroffene Zwischenräume getrennten Feldern beschreibt, so daß die abgeschiedene Siliciumschicht im vornherein in kleinere Scheiben unterteilt ist.
• Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Reaktionsgas in Form eines aus einer gegen den Folien-oder bandförmigen Träger aus Graphit gerichteten Düse austretenden Strahles dem Träger zugeführt und der Träger in einer senkrecht zur Auftreffrichtung des Strahles orientierten Ebene mit gleichförmiger Geschwindigkeit bewegt. Diese Methode empfiehlt sich besonders, wenn das Reaktionsgas aus SiH4 besteht. Da zur Bildung eines Strahles das Reaktionsgas mit großer Geschwindigkeit in der den Strahl formenden Düse geführt werden muß, besteht bei einem solchen Verfahren kaum Gefahr, daß sich das Reaktionsgas auch bei großer Nähe der Düse von dem erhitzten Träger vorzeitig in der Düse zersetzt und diese durch abgeschiedenes Silicium verstopft wird. Die verwendete Apparatur kann ähnlich ausgestaltet werden, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist.
• Eine weitere Möglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens geht von einem elektrisch beheizten metallischen Trägerkörper aus, der zunächst in einem zur Abscheidung von elementarem Kohlenstoff geeigneten Reaktionsgas, z.B. einem Gemisch aus Argon und Methan, so hoch erhitzt wird, daß sich der Kohlenstoff an der Oberfläche des metallischen Trägers in Form einer graphitähnlichen Schicht abscheidet. Dies ist bei etwa 1300°C Trägertemperatur der Fall. Dann wird das Reaktionsgas durch das zur Abscheidung von Silicium befähigte Reaktionsgas ersetzt, so daß sich eine Schicht aus elementarem Silicium an der vorher abgeschiedenen Graphitschicht ankristallisiert. Diese wird dann im Sinne der Erfindung weiter verarbeitet und zu einem Halbleiterbauelement weiter versrbeitet.
• Dieser Prozess schließt im allgemeinen die Herstellung einer Vielzahl von einander gleichen Halbleiterelementen, z.B. Dioden, aus einer einzigen scheibenförmigen Schicht in sich. Denn alle die beschriebenen Verfahren sind dahingehend ausgestaltet, daß sie die Anwendung großflächiger Träger aus Graphit gestatten, die die Größe der zur Verfügung stehenden Substratscheiben aus einkristallinem Silicium um ein Vielfaches übertreffen können. So wird verständlich, daß die sonst üblichen Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl gleicher Halbleiterelemente aus einem einzigen scheibenförmigen Siliciumkristall hier ganz in besonders großem Maßstab angewendet werden können.
• Eine letzte Möglichkeit, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen wird anhand der Fig. 5 beschrieben. Der sich in einem Reaktionsgefäß 32 mit transparenten Wänden befindende plattenförmige Trägerkörper 33 wird durch einen über einen Hohlspiegel 34 und einem Laser 35 gelieferten Fokussierungsfleck 36 der Laserstrahlung lokal auf hohe Temperatur erhitzt, so daß das gleichzeitig auf die erhitzte Stelle 36 an der Oberfläche des Trägerkörpers 33 einwirkende Reaktionsgas Gelegenheit erhält an der Stelle 33 das gewünschte polykristalline Silicium abzuscheiden. Ahnlich wie der Auftrefffleck des Elektronenstrahls 30 bei der anhand der Fig. 4 besprochenen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auch hier der Brennfleck 36 sukzessive über den Träger 33 geführt und dessen Oberfläche mit der abgeschiedenen Siliciumschicht versehen.
• 5 Figuren 16 Patentansprüche

Claims (16)

1. Patentansprüche 1.) Verfahren zum Herstellen von Siliciumkörpern für Halbleiteranordnungen, bei dem auf der ebenen Oberfläche eines erhitzten Trägerkörpers eine Siliciumschicht aus einem aus Siliciumhalogenid und/oder Silan bestehenden und mit Wasserstoff und/oder Inertgas gemischten Reaktionsgas abgeschieden und an der dem Trägerkörper gegenüberliegenden Oberflächenseite mit einer Elektrode versehen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliciumschicht in polykristallinem Zustand auf einem aus Graphit bestehenden band- oder plattenförmigen Trägerkörper abgeschieden, daß dann an der abgeschiedenen Siliciumschicht die zur Fertigung eines Halbleiterelements, insbesondere mit pn-Übergang, erforderlichen Maßnahmen derart vorgenommen werden, daß der durch die Abscheidung der Siliciumschicht bedingte polykristalline Zustand wenigstens bei dem größeren Teil der Siliciumschicht erhalten bleibt.
2. 2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß das polykristalline Silicium in mindestens zwei Teilschichten unterschiedlicher Leitfähigkeit nacheinander abgeschieden wird, indem dem für die Abscheidung zu verwendenden Reaktionsgas zunächst ein erster Dotierungsstoffgehalt und dann ein abgeänderter, insbesondere den entgegengesezten Leitungstyp erzeugender, zweiter Dotierungsstoffgehalt gegeben wird.
3. 3.) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem für die Abscheidung der Siliciumschicht zu verwendenden Reaktionsgas ein die Abscheidung einer feinkristallinen, insbesondere amorphen Struktur der abgeschiedenen Schicht fördernder Zusatz hinzugegeben wird.
4. 4.) Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Reaktionsgas Spuren von Berylliumdipropyl oder Magnesiumdipropyl zugegeben werden.
5. 5.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß die Abscheidung der Siliciumschicht auf dem Träger derart erfolgt, daß der Träger nach erfolgter Abscheidung, insbesondere nach Fertigstellung mindestens eines Halbleiterbauelements aus der Siliciumschicht von dem Träger gelöst und an der vorher von dem Graphitträger eingenommenen Oberflächenseite mit einer weiteren Elektrode versehen werden kann.
6. 6.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß der aus Graphit bestehende Trägerkörper an der Oberfläche des aus der auf ihm abgeschiedenen Siliciumschicht als Elektrode belassen wird.
7. 7.) Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t, daß die Abscheidung bei einer mehr als 1050°C betragenden Oberflächentemperatur des Trägerkörpers erfolgt.
8. 8.) Verfahren nach Anspruch 5 oder 7, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Abscheidung an der glatten Oberfläche des aus Graphit bestehenden Trägerkörpers vorgenommen wird.
9. 9.) Verfahren nach einem der Ansprüche 5, 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zur Erzielung einer glatten Oberfläche der aus Graphit bestehende Trägerkörper bei einer Temperatur von mindestens 1300°C in einem zur Abscheidung von atomarem Kohlenstoff geeigneten Gas, z.B. in mit Argon verdünntem CH4, getempert und versiegelt wird.
10. 10.)Verfahren nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t, daß zwischen dem Träger und der Siliciumschicht eine Zwischenschicht aus SiC gebildet wird.
11. 11.)Verfahren nach Anspruch 5 oder 10, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß ein mäanderförmig ausgestaltetes Graphitband in einem Reaktionsgefäß mittels Elektroden an seinen Enden gehaltert und elektrisch kontaktiert wird, daß ferner in dem Reaktionsgefäß ein zur pyrolytischen Abscheidung von elementarem Silicium befähigtes Reaktionsgas eingebracht und gleichzeitig die Oberfläche des Graphitbandes auf die zur polykristallinen Abscheidung von elementarem Silicium an seiner Oberflache erforderliche Temperatur durch einen das Graphitband der Länge nach durchfließenden elektrischen Strom erhitzt wird.
12. 12.)Verfahren nach Anspruch 5 oder 10, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß ein mäanderförmiges und an seiner Oberfläche mit einer hitzebeständigen elektrischen Isolatorschicht überzogenes Graphitband in engem wärmeleitenden Kontakt mit einem folienförmigen Trägerkörper aus Graphit gehalten wird, daß außerdem der folienförmige Trägerkörper durch die Wirkung eines das mäanderförmige Graphitband durchfließenden elektrischen Stromes so hoch erhitzt wird, daß aus einem an die Oberfläche der Graphitfolie geführten und zur thermischen Abscheidung von elementarem Silicium befähigten Reaktionsgas dieses Element an der Oberfläche der Graphitfolie in Form einer festen Schicht abgeschieden wird.
13. 13.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß ein bandförmiger gestreckter Trägerkörper aus Graphit in Richtung seiner Achse und der Achse eines ihn umgebenden rohrförmigen Reaktionsgefäßes bewegt wird, daß zugleich im Inneren des Reaktionsgefäßes und an der Oberfläche des Trägerkörpers ein Bereich geschaffen wird, in welchem die für die Abscheidung von elementarem Silicium an der Oberfläche des Trägerkörpers erforderlichen Bedingungen aufrecht erhalten werden, und daß dieser Bereich sukzessive den Trägerkörper entlang geführt wird.
14. 14.)Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, d a d u r c -h g ek e n n z e i c h n e t, daß ein folienförmiger Trägerkörper an einer Seite als Grenze eines von einem zur thermischen Abscheidung von elementarem Silicium befähigten Reaktionsgas an der anderen Seite hingegen als Begrenzung eines evakuierten Raumes verwendet wird, daß in dem evakuierten Raum ein auf die Folie punktförmig auftreffenden Elektronenstrahl erzeugt und seine Energie so bemessen wird, daß sich die dem Reaktionsgas zugewandte Seite der Folie bis auf die Abscheidetemperatur von Silicium aus dem Reaktionsgas erhitzt und daß der Auftrefffleck des Elektronenstrahlers sukzessive über den folienförmigen Trägerkörper bewegt wird.
15. 15.)Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß das Reaktionsgas in Form eines aus einer Düse austretenden Strahles auf der Oberfläche des platten-, band- oder folienförmigen Trägerkörpers aus Graphit zum Auftreffen gebracht und die Auftreffstelle des Strahles sukzessive über die Oberfläche des erhitzten Trägerkörpers geführt wird.
16. 16.)Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der aus Graphit bestehende Trägerkörper in einem durchsichtigen Reaktionsgefäß gehaltert und dem Kontakt mit einem zur thermischen Abscheidung von elementarem Silicium befähigten Reaktionsgas ausgesetzt wird, daß ferner Laserlicht mit einem Hohlspiegel aufgefangen und auf eine punktförmige Auftreffstelle an der Oberfläche des Trägerkörpers konzentriert wird und daß die hierdurch auf die Abscheidungstemperatur erhitzte Auftreffstelle sukzessive über die Oberfläche des Trägerkörpers bewegt wird.

    L e e r s e i t e