DE2915883A1 - METHOD OF APPLYING AN EPITACTIC LAYER - Google Patents
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Description
"Verfahren zum Anbringen einer epitaktischen Schicht""Method for applying an epitaxial layer"
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Anbringen einei epitaKtischen Schicht aus einer Gasphase auf einem Substrat, bei dem eine Auflagevorrichtung, über die das Substrat erhitzt wird, mit einer Schicht aus demselben Material wie das das Substrat bildende Material versehen ist,wobei auf dieser Schicht das Substrat angebracht wird, wonach ein Ätzmittel über das Substrat geführt wirds wodurch die von der Auflagevorrichtung abgekehrte Seite des Substrates geätzt wird und ein chemischer Transport des genannten Materials von der Auflagevorrichtung zu der der Auflagevorrichtung zugekehrten Seite des Substrats stätfindet, worauf die epitaktische Schicht auf der von der Auflagevorrichtung abgekehrten Seite des Substrats niedergeschlagen wird.The invention relates to a method for applying an epitaxial layer from a gas phase on a substrate, in which a support device via which the substrate is heated is provided with a layer made of the same material as the material forming the substrate, this layer being provided on top of this the substrate is mounted, according to which an etchant is performed on the substrate S of the substrate is etched so that the facing away from the supporting device side and a chemical transport of said material stätfindet from the support device at the side facing the supporting device side of the substrate on which the epitaxial layer on the side of the substrate facing away from the support device is deposited.
Ein Verfahren der eingangs erwähnten Art ist aus "J. Electrochem Soc", Band 122, S. 1705-1709 (1975) bekannt.A method of the type mentioned at the beginning is known from "J. Electrochem Soc", Volume 122, pp. 1705-1709 (1975).
Beim Niederschlagen einer epitaktischen Schicht aus Halbleitermaterial auf einem einen flüchtigen Dotierungsstoff enthaltenden Substrat aus Halbleitermaterial können Atome dieses Dotierungsstoffes aus dem Substrat herausdiffundieren und in die Gasphase gelangen. Diese Atome werden beim Niederschlagen in die epitaktische Schicht eingebaut und beeinflussen den Widerstand der Schicht. Diese Erscheinung ist unter der Bezeichnung "Autodope"-Effekt bekannt.When depositing an epitaxial layer of semiconductor material On a substrate made of semiconductor material containing a volatile dopant can atoms of this dopant diffuse out of the substrate and enter the gas phase. These atoms are deposited in incorporated the epitaxial layer and affect the resistance of the layer. This phenomenon is called Known as the "autodope" effect.
PHN 9108 -Z- PHN 9108 -Z-
S09944/0865S09944 / 0865
Um diesen Effe&t zu vermeiden, müssenteim Niederschlagen einer epitaktischen Schicht auf einem einen flüchtigen Dotierungsstoff enthaltenden Substrat besondere Maßnahmen getroffen ■werden«In order to avoid this effect, it is necessary to rain down an epitaxial layer on a substrate containing a volatile dopant, special measures are taken ■ will «
So wird ein Verfahren angewandt, bei dem das Substrat, das z.B. aus Silicium besteht, vor der epitaktischen Ablagerung auf der nicht durch Epitaxie zu überziehenden Seite mit einer gegen Ausdiffusion maskierenden Schicht p z<,B. aus Siliciumdioxid oder Siliciumnitrids, versehen wird. Dieses Verfahren ist ziemlich umständlich und dabei ergibt sich außerdem die A Möglichkeitj daß Kristallfehler eingeführt werden.For example, a method is used in which the substrate, which consists of silicon, for example, is provided with a layer p z <, B masking against outdiffusion before the epitaxial deposition on the side not to be coated by epitaxy. of silicon dioxide or silicon nitride. This procedure is rather cumbersome and it also creates the possibility of crystal defects being introduced.
Das eingangs erwähnte Verfahren ergibt nur dann reproduzierbare Resultate5 wenn eine epitaktlsche Schicht niedergeschlagen wird,, deren spezifischer Widerstand nicht größer als 10 bis 15/isCm zu sein-braucht.The method mentioned at the beginning only produces reproducible results Results5 when an epitaxial layer is deposited becomes ,, whose specific resistance is not greater than 10 to 15 / isCm-needs to be.
Der Erfindung liegt u.a, die Aufgabe zugrunde„ ein einfaches und zuverlässiges Verfahren zu schaffen-9 bei dem eine epitaktische Schicht mit hohem Widerstand auf einem Substrat mit verhältnismäßig sehr niedrigem Widerstand reproduzierbar anwachsen gelassen werden Kann,, - - . \The invention is based, inter alia, the object "a simple and reliable method for giving particular 9 in which an epitaxial layer of high resistivity on a substrate having relatively very low resistance reproducibly grow allowed Can ,, - -. \
; " - Diese Aufgabe iirird erflndungsgemäß dadurch gelöst , daß das.. Überführen des Ätzmittels in zwei Schritten erfolgt-, wobei zwischen diesen zwei- Schichten ein "epitaktischer Anwachsschritt eingefügt ist, und daß während des■zwexten Ätzschrittes das auf der von der Auflagevorrichtung abgekehrten Seite des Substrats während des genannten Anwachsschrittes niedergeschlagene Material teilweise entfernt wird und daß durch chemischeaTransport auf der der Auflagevorrichtung zugekehrten Seite des Substrats erhaltene Material eine gewünschte Dicke erreicht.; "- This object is achieved according to the invention in that the .. The etchant is transferred in two steps, with an "epitaxial growth step" between these two layers is inserted, and that during the ■ second etching step that deposited on the side of the substrate facing away from the support device during said growth step Material is partially removed and that by chemical transport on the facing device Side of the substrate obtained material reaches a desired thickness.
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90.9 8-4 A/08-90.9 8-4 A / 08-
Der Erfindung liegt u.a. die ErKenntnis zugrunde, daß eine wesentliche Verbesserung erzielt werden Kann, wenn auch die von der Auflagevorrichtung abgekehrte Seite des Substrats mit einer gegen Ausdiffusion maskierenden Schicht versehen wird.The invention is based, inter alia, on the knowledge that a Significant improvement can be achieved if the side of the substrate facing away from the support device is also used a layer masking against outdiffusion is provided.
Auf dem nach dem zweiten Ätzschritt auf der von der Auflagevorrichtung abgekehrten Seite des Substrats verbleibenden Teil der epitaktischen Schicht, der eine erheblich geringeren Menge des flüchtigen Dotierungsstoffes als das Substrat enthält, kann das Anwachsen einer epitaktischen Schicht mit hohem Widerstand fortgesetzt werden, weil von diesem Zeitpunkt an das Substrat gegen die umgebende Gasphase abgeschirmt ist.On the after the second etching step on the from the support device remote side of the substrate remaining part of the epitaxial layer, which is a considerably smaller Amount of the volatile dopant than the substrate contains may cause an epitaxial layer to grow with it high resistance, because from this point on the substrate is shielded from the surrounding gas phase is.
Vorzugsweise wird bei dem Verfahren nach der Erfindung ein aus Silicium bestehendes Substrat verwendet und es wird eine aus Silicium bestehende epitaktische Schicht niedergeschlagen, wobei das Substrat als Dotierungsstoff Arsen oder Bor enthält. Z.B. kann auf einem mit Arsen dotierten Substrat mit einemPreferably, a substrate made of silicon is used in the method according to the invention and it is a made of silicon deposited epitaxial layer, the substrate containing arsenic or boron as a dopant. E.g. on a substrate doped with arsenic with a
_ -χ. spezifischen Widerstand von 1 - 3 · 10 TLcm eine epitaktische Schicht mit einem hohen spezifischen Widerstand bis zu 100Acm reproduzierbar und mit verhältnismäßig wenig Kristallfehlern anwachsen gelassen werden._ -χ. resistivity of 1 - 3 x 10 TL cm an epitaxial layer with a high resistivity of up to 100Acm can be reproducibly grown and with relatively few crystal defects.
Besonders günstige Ergebnisse werden erzielt, wenn beim zweiten Ätzschritt O92 bis 0,4 μΐη des während des genannten Anwachsschrittes niedergeschlagenen Materials erhalten bleibt.Particularly favorable results are achieved if in the second etching step O 9 2 to 0.4 μm of the material deposited during the mentioned growth step is retained.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Beispiels und der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention is illustrated below by means of an example and FIG attached drawing explained in more detail. Show it:
Fig. 1 schematisch einen Schnitt durch einen Epitaxie-Reaktor, in dem das Verfahren nach der Erfindung
durchgeführt wird, und
Fig. 2 schematisch einen Schnitt durch eine Anordnung1 schematically shows a section through an epitaxial reactor in which the method according to the invention is carried out, and
2 schematically shows a section through an arrangement
in einer Stufe der Herstellung mit Hilfe des Verfahrens nach der Erfindung.in one stage of production with the aid of the method according to the invention.
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Fig. 1 zeigt einen Reaktor mit einem Quarzrohr 9 und einer Hochfrequenzinduktionsspule 1O5 von der in einer aus Graphit bestehenden Auflagevorrichtung 4 eine Temperatur erzeugt wird, die die Umgebungstemperatur überschreitet,Fig. 1 shows a reactor with a quartz tube 9 and a high-frequency induction coil 1O 5 by which a temperature is generated in a support device 4 made of graphite which exceeds the ambient temperature,
Dadurch Kann in diesem Reaktor ein Verfahren zum Anbringen einer epita&tischen Schicht 1, 2 (siehe Figo 2) aus einer Gasphase auf einem Substrat 3 durchgeführt werden, wobei die Auflagevorrichtung 49 über die das Substrat 3 erhitzt wird, mit einer Schicht 5 versehen wird* die aus demselben Material wie das das Substrat 3 bildende Material besteht»As a result, a method for applying an epitaxial layer 1, 2 (see FIG. 2) from a gas phase on a substrate 3 can be carried out in this reactor, the support device 4 9 over which the substrate 3 is heated being provided with a layer 5 * which consists of the same material as the material forming the substrate 3 »
Auf der Schicht 5 wird das Substrat 3 angeordnet 9 v/onach ein Ätzmittel über das Substrat 3 geführt wird, wodurch die von der Auflagevorrichtung 4 abgewehrte Seite 6 des Substrats 3 geätzt wird und chemischer Transport des genannten Materials von der Auflagevorrichtung 4 zu der der Auflagevorrichtung 4 zugekehrten Seite 7 des Substrats 3 stattfindet.On the layer 5, the substrate 3 is disposed 9 v / is guided Onach an etchant on the substrate 3, whereby the foiled from the support device 4 side 6 of the substrate 3 is etched and chemical transport of said material from the support device 4 to which the support device 4 facing side 7 of the substrate 3 takes place.
Dann wird die epitaktische Schicht 1 9 2 auf der von der Auflagevorrichtung 4 abgekehrten-Seite 6 des Substrats 3 niedergeschlagen«, Then the epitaxial layer 1 9 2 is deposited on the side 6 of the substrate 3 facing away from the support device 4 «,
Mach der Erfindung erfolgt das" Überführen des Ätzmittels in zwei Schritten^ wobei zwischen diesen zwei Schritten ein epitaKtischer Anwachsschritt eingefügt ist» Während des zweiten Ätzsciirittes- wird das auf der von -der -Auflagevorrichtung 4 abgekehrten Seite 6 des Substrats 3 während des genannten Anwachs-" Schrittes niedergeschlagene Material teilweise entfernt und es erreicht das durch chemischen Transport auf der der Auflagevorrichtung 4 zugeKehrten Seite 7 des Substrats 3 erhaltene Material 8 eine gewünschte Dicke.According to the invention, the " transfer of the etchant" takes place in two steps, with an epitical growth step being inserted between these two steps. "In the step, the deposited material is partially removed and the material 8 obtained by chemical transport on the side 7 of the substrate 3 facing the support device 4 reaches a desired thickness.
Z.B. wird von einem scheibenförmigen Siliciumsubstrat 3 niit einem Durchmesser von 7f5 cm, einer Dicke von 420 μπι und einer Dotierung von Arsenatomen von 3?5 · 10- /cet (spezifischer Widerstand 1 S7 - 10 ^fI cm) ausgegangen« Auf der Auflagevor-For example, by a disk-shaped silicon substrate 3 NIIT a diameter of 7 f 5 cm, μπι a thickness of 420 and a doping of arsenic atoms of 3 5 x 10 / cet (resistivity 1 S 7 - 10 ^ fI cm)? Assumed "On the edition
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richtung wird eine 10 Um dicke Schicht 5 aus Polysilicium auf übliche Weise abgelagert.direction is a 10 .mu.m thick layer 5 of polysilicon deposited in the usual way.
Beim ersten Ätzschritt wird 2 Minuten lang mit 1 % Chlorwasserstoff in Wasserstoff bei etwa 12000C geätzt. Während dieses Schrittes wird von der Seite 6 des Substrats 3 etwa 0,4 um abgeätzt, während zu der Seite 7 von der Schicht 5 her eine 2 um dicke Schicht transportiert wird.In the first etching step, 1 % hydrogen chloride in hydrogen is used for 2 minutes at about 1200 ° C. During this step, about 0.4 µm is etched off from side 6 of substrate 3, while a 2 µm thick layer is transported to side 7 from layer 5.
Während dieses Ätzvaganges wird Arsen in der Anlage freigesetzt. Arsenic is released into the system during this corrosive process.
Der genannte Transport erfolgt unter dem Einfluß eines Temperaturunterschiedes
von etwa 1'5*
richtung 4 und dem Substrat 3.The mentioned transport takes place under the influence of a temperature difference of about 1'5 *
direction 4 and the substrate 3.
raturunterschiedes von etwa 1'5°C zwischen der Auflagevor-temperature difference of about 1'5 ° C between the support
Dann wird 5 "Minuten lang bei 12000C mit Wasserstoff gespült und es wird die Temperatur auf 1150°C herabgesetzt.Then, 5 "minutes is rinsed at 1200 0 C with hydrogen and the temperature to 1150 ° C reduced.
Während des nun folgenden Anwachsschrittes wird aus einem Gasgemisch von Trichlorsilan (SiHCl,) und Wasserstoff auf übliche Weise bei 11500C eine 1,3 um dicke epitaktische Schicht auf der Seite 6 des Substrats niedergeschlagen. In die letztere Schicht wird eine bei bekannten Verfahren gebräuchliche Konzentration von Arsenatnmen aus in der Anlage vorhandenen und noch aus dem Substrat herausdiffundierenden Arsenatomen eingebaut. Die Dicke der Schicht 8 nimmt dabei nur wenig zu.During the now following is a 1,3 Anwachsschrittes deposited from a gas mixture of trichlorosilane (SiHCl,) and hydrogen in a usual manner at 1150 0 C to thick epitaxial layer on the side 6 of the substrate. A concentration of arsenic atoms customary in known processes from arsenic atoms present in the system and still diffusing out of the substrate is built into the latter layer. The thickness of the layer 8 increases only slightly.
Anschließend wird wieder 5 Minuten lang mit Wasserstoff gespült, während die Temperatur auf 12000C erhöht wird.5 minutes then rinsed long with hydrogen while the temperature is increased to 1200 0 C again.
Während des zweiten Ätzschrittes wird dann 5 Minuten lang mit 1 % Chlorwasserstoff in Wasserstoff bei etwa 12000C geätzt. Während dieses Schrittes wird von der epitaktischen Schicht auf der Seite 6 des Substrats eine derartige Menge weggeätzt, daß eine 0,3 Um dicke Schicht 1 übrig bleibt. Diese Schicht dient als Maskierung gegen Ausdiffusion bei späteremDuring the second etching step, it is then etched with 1% hydrogen chloride in hydrogen at about 1200 ° C. for 5 minutes. During this step, such an amount is etched away from the epitaxial layer on side 6 of the substrate that a 0.3 µm thick layer 1 remains. This layer serves as a mask to prevent out-diffusion later on
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epitaktischen Anwachsen auf der Seite 6 des Substrats 3»epitaxial growth on side 6 of the substrate 3 »
Während dieses Ätzschrittes wird die Anlage in geringerem Maße als während des ersten Ätzschrittes verunreinigt,. weil die Arsenkonzentration der zu ätzenden Schicht niedriger als die des Substrats ist.During this etching step, the plant becomes less Dimensions than contaminated during the first etching step. because the arsenic concentration of the layer to be etched is lower than that of the substrate.
Während dieses Ätzschrittes erhält die Schicht 8 eine Dicke von etwa 7 unuDuring this etching step, the layer 8 is given a thickness of about 7 unu
Danach wird 5""Minuten lang mit Wasserstoff gespült und es wird die Temperatur von 12000C auf 115O0C herabgesetzt« Dann wird bei 11500C eine epitaktische Schicht 2 mit einer ge%fünschten Dicke aus einem üblichen Gasgemisch von Trichlorsilan und Wasserstoff anwachsen gelassen. Diese Schicht ist nur in geringem Maße mit Arsen verunreinigt und weist ohne Zusatz einen spezifischen Widerstand von 100 bis 300iIcm auf.Thereafter, purged with hydrogen for 5 "" minutes, and the temperature of 1200 0 C to 115o 0 C reduced "Then will grow at 1150 0 C, an epitaxial layer 2 having a ge% fünschten thickness of a conventional gas mixture of trichlorosilane and hydrogen calmly. This layer is only slightly contaminated with arsenic and has a specific resistance of 100 to 300 μm without any addition.
Durch Zusatz von .Phosphin (PH,) zu dem epitaktischen Gasgemisch kann der Schicht 2 ein gewünschter spezifischer Widerstand unter lOOilcm erteilt werden»By adding .phosphine (PH,) to the epitaxial gas mixture the layer 2 can have a desired specific resistance to be granted under lOOilcm »
Durch Zusatz anderer Dotierungsstoffe kann der Schicht 2 auch ein anderer Leitungstyp mit dem gewünschten spezifischen Widerstand erteilt werden,,By adding other dopants, the layer 2 can also another type of conduction with the desired specific resistance be granted,,
Auch andere epitaktische Gasgemische als die obenerwähnten Gemische^ ebenso wie andere mit Bor dotierte Substrate (spezifischer Widerstand 10 bis 20 · 1'0"^0.Cm), können verwendet werden.Also other epitaxial gas mixtures than the above-mentioned mixtures, as well as other substrates doped with boron (resistivity 10 to 20 x 1'0 "^ 0.Cm) can be used will.
Daraus geht hervor, daß im Rahmen der Erfindung viele Abwandlungen Anwendung finden können«It can be seen from this that there are many modifications within the scope of the invention Can find application «
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Family Applications (1)
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Patent Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| US-Z: J. Electrochem.Soc. Solid-State Science and Technology, Dez. 1975, Vol. 122, Nr. 12, 1705-1709 * |
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