DE3112186A1

DE3112186A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von einkristall-siliziumfilmen

Info

Publication number: DE3112186A1
Application number: DE19813112186
Authority: DE
Inventors: Akira Hachiohji Tokyo Kanai; Hiroo Tokyo Tochikubo
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1980-04-04
Filing date: 1981-03-27
Publication date: 1982-01-28
Also published as: US4343829A; JPS56145198A

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Silizium-Einkristall-Schichten, insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung unter Verwendung eines Lasers oder Elektronenstrahls. Silizium-Einkristall-Schichten oder -Filme, die bei Halbleiteranordnungen verwendet werden, werden üblicherweise mit einem CVD-Verfahren, also einer chemischen Gasphasenabscheidung, oder einem Verdampfungsverfahren hergestellt. In jüngerer Zeit ist ein Verfahren angegeben worden, bei dem ein Siliziumfilm, der nicht aus einem Einkristall besteht, mit einem Laser- oder Elektronenstrahl bestrahlt wird, so daß er beheizt wird, um einen Silizium-Einkristall-Film herzustellen. In der Zeitschrift "NIKKEI ELECTRONICS", Japan 1979, Seiten 116 bis 152 findet sich beispielsweise eine Beschreibung, daß eine amorphe dünne Schicht auf der Oberfläche eines Einkristallsubstrats gebildet und mit einem Laser bestrahlt wird, so daß die amorphe Schicht vom Substrat ausgehend epitaxial zu einem Einkristall aufgewachsen werden kann. In der Zeitschrift "Electronic Materials", Japan 1978, Seiten 64 bis 71 findet sich ein Hinweis, daß dann, wenn eine Halbleiteroberflächenschicht für eine kurze Zeitspanne in einen geschmolzenen Zustand gebracht wird, indem man sie einer Elektronenstrahl-Heizbehandlung unterwirft, der geschmolzene Bereich von der Grenzschicht eines Einkristallsubstrats epitaxial umkristallisiert werden kann, so daß sich ein Einkristall herstellen läßt.

Somit sind die Heizverfahren unter Verwendung von Laserund Elektronenstrahlen insofern unterschiedlich, als ein Laser optische Energie verwendet, während der Elektronenstrahl elektrische Energie verwendet, jedoch sind sie insofern gleich als die nicht-einkristalline Oberflächenschicht

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in flüssiger Phase geglüht wird·, während eine Probe, z.B. ein Halbleitermaterial, insgesamt auf niedriger Temperatur gehalten wird. Mit einem derartigen Glüh- oder Beheizungsverfahren lassen sich die verschiedenen Nachteile, die Probleme bei herkömmlichen Glüh- oder Heizverfahren in einem elektrischen Ofen aufgeworfen haben, z.B. wegen der Heizbehandlung bei hoher Temperatur, Kristallbaufehlern, Verunreinigung und Diffusion von Verunreinigungen vom höher dotierten Substrat in sehr wirksamer Weise verringern.

Bei einem Heizverfahren unter Verwendung eines Laseroder Elektronenstrahles, der nachstehend kurz auch als Laser oder dergleichen bezeichnet wird, besteht andererseits eine Grenze bei der Dicke der Oberflächenschicht, die eine Heizbehandlung möglich macht, und zwar in Abhängigkeit von dem Ausgangsenergiepegel des Lasers oder dergleichen. Die Anmelderin hat eine Einkristall-Bildung eines polykristallinen Siliziumfilmes durchgeführt, der auf einem Einkristallsubstrat ausgebildet war, und zwar unter Verwendung einer experimentell präparierten Laseranordnung, wobei sich bestätigte, daß es schwierig ist, ausgezeichnete Einkristalle auf dem polykristallinen Siliziumfilm über die gesamte Filmdicke herzustellen, wenn die Dicke des polykristallinen Siliziumfilmes einen Wert von 500 nm überschreitet. Damit ein Einkristall-Siliziumfilm mit einer solchen Dicke, wie er zur Herstellung einer Ilalbleiteranordnung erforderlich ist, mit einem Beheiz ungs verfahren unter Verwendung eines Lasers oder dercjJeichen hergestellt werden kann, ist vorgesehen, daß sowohl der Schritt zur Herstellung eines Substrats mit einem polykristallinen Siliziumfilm mit einer kleineren Dicke als die beheizbare Dicke als auch der Schritt der Bestrahlung und des Glühens bzw. der Wärmebehandlung des polykristallinen Siliziumfilmes, die mit dem Laser oder dergleichen durchgeführt wird, so daß sich die Polykristalle zu einem Einkristall umbilden lassen, einige Male wiederholt werden. Jedesmal wenn das Wachsen der Polykris'talle und die Bestrahlung mit

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dem Laser oder dergleichen durchgeführt werden, muß jedoch das Substrat in die Vorrichtung für die chemische Gasphasenabscheidung oder Bedampfung und die Laserbestrahlungseinrichtung eingebracht und wieder herausgenommen werden, so daß
die Arbeiten in diesem Zusammenhang erheblich kompliziert
sind. Auch wenn das Einführen und Herausnehmen in den entsprechenden Einrichtungen nicht erforderlich ist, wird die Arbeitsdurchführung der Bedingungen bei den entsprechenden Schritten zur chemischen Gasphasenabscheidung oder Bedampfung und zur Laserbestrahlung erheblich kompliziert und mühsam.

Infolgedessen ist ein Verfahren zur Herstellung von
Silizium-Einkristall-Schichten durch eine Glüh- oder Heizbehandlung unter Verwendung eines Lasers oder dergleichen, obwohl theoretisch und experimentell grundsätzlich möglich, bislang noch nicht in dem Maße möglich gewesen, daß die

Herstellung von so dicken Einkristall-Silizium-Filmen praktizierbar ist, wie sie für Halbleiteranordnungen erforderlich ist, und daß die Wirksamkeit, die sich aus der Laser-Heizbehandlung ergibt, auch im wesentlichen erreicht werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Einkristall-Silizium-Schichten anzugeben, mit denen sich Einkristall-Silizium-Schichten gewünschter Dicke bei niedrigen Temperaturbedingungen in einfacher Weise und während einer kurzen Zeitdauer herstellen lassen.

Gemäß der Erfindung werden gleichzeitig mit dem Aufwachsen der Polykristalle auf einem Substrat zur Herstellung eines Siliziumfilmes die Polykristalle mit einem Laseroder Elektronenstrahl bestrahlt, so daß sie sich zu Einkristallen machen lassen. Diese Schritte werden kontinuierlich für eine vorgegebene Zeitspanne durchgeführt, so daß sich ein Einkristall-Silizium-Film mit gewünschter Dicke herstellen
läßt.

Eine Vorrichtung zur Herstellung von Einkristall-

Silizium-Filmen gemäß der Erfindung weist einen Reaktor zur

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Ausbildung der Oberfläche eines· Substrats mit einem polykristallinen Siliziumfilm bei einem Zustand niedriger Temperatur sowie eine im Reaktor angeordnete Einrichtung auf, um einen gewünschten Bereich der Substratoberfläche mit einem Laser- oder Elektronenstrahl gleichzeitig mit der Herstellung des polykristallinen Siliziums zu bestrahlen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in Figur 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Vorrichtung; Figur 2A bis 2F Schnitte zur Erläuterung der verschiedenen Schritte zur Erläuterung des Verfahrens zur Herstellung einer Halbleiteranordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Figur 3A bis 3E Schnitte zur Erläuterung der verschiedenen Schritte des Verfahrens zur Herstellung von Halbleiteranordnungen gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung;

Figur 4A bis 4D Schnitte zur Erläuterung der verschiedenen Schritte des Verfahrens zur Herstellung von Halblei te ranordnun gen gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Figur 5 ein Diagramm zur Erläuterung der Verunreinigungskonzentration der Halbleiteranordnung gemäß Figur

4A bis 4D; und in
Figur 6A und 6B Schnitte zur Erläuterung der verschiedenen Schritte des Verfahrens zur Herstellung einer Halbleiteranordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

In Figur 1, die den Aufbau der Vorrichtung zur Herstellung von Einkristall-Silizium-Schichten gemäß der Erfindung schematisch zeigt, bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Reaktor, der z.B. die Form eines zylindrischen Behälters besitzt. Der Reaktor 1 ist an einer Se'ite an Versorgungsleitungen 2 und 3 angeschlossen, um N₂ bzw. SiH^-Gase einzuleiten, während

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die andere Seite an eine Auslaßleitung 4 angeschlossen ist. Der Reaktor 1 selbst besitzt eine Innenkammer, die hermetisch abgedichtet ist. Im Reaktor 1 ist ein Probentisch 7 angeordnet, der sich in einer horizontalen Ebene dreht, und zwar durch die Einwirkung eines Motors 5 und eines Getriebes 6; auf dem Probentisch 7 kann ein Plättchen W eines Einkristallsubstrats angeordnet werden, das als Probe verwendet wird. Eine Heizeinrichtung 8, z.B. in Form einer Heizwendel, ist unterhalb des Probentisches 7 angeordnet, so daß dieser Probentisch 7 als Heiztisch dienen kann. Infolgedessen können das Plättchen W und die Kammer im Reaktor 1 vom beheizbaren Probentisch 7 beheizt werden. Außerdem ist die Wand des Reaktors 1 unmittelbar oberhalb des Probentisches 7 aus transparentem Glas oder Quarz und bildet ein Fenster 1a.

Außerhalb des Reaktors 1 mit einem Aufbau der oben beschriebenen Art ist ein Laser 9 mit einer optischen Achse vorgesehen, gegenüber der ein kippbarer Spiegel 10 so angeordnet ist, daß der vom Laser 9 emittierte Laserstrahl von dem kippbaren Spiegel 10 reflektiert wird, um damit die Oberfläche des Plättchens W zu bestrahlen, das auf dem beheizbaren Probentisch 7 angeordnet ist. Der Laser 9 sollte in seinem System nicht speziell beschränkt sein, jedoch ist vorzuziehen, daß er eine möglichst hohe Ausgangsleistung besitzt. Außerdem wird der hin- und herbewegbare oder kippbare Spiegel 10 so synchron mit den Drehungen des beheizbaren Probentisches verschwenkt, daß er durch die Wirkung der nicht dargestellten Antriebseinrichtung bei seiner Kippbewegung den Laserstrahl in einer Hin- und Herbewegung in diametraler Richtung des beheizbaren Probentisches 7 ausstrahlt.

Infolgedessen wird bei der oben beschriebenen Ausführungsform der Reaktor 1 mit N₂~Gas und SiH₄-GaS durch die Versorgungsleitungen 2 bzw. 3 versorgt, während die Reinigung oder Entleerung durch die Auslaßleitung 4 erfolgt. Das auf dem beheizbaren Probentisch 7 angeordnete Plättchen W wird auf eine vorgegebene Temperatur aufgeheizt, so daß ihre Ober-

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- To -""

fläche mit einem polykristallinen Siliziumfilm ausgebildet wird. Gleichzeitig damit wird das Plättchen W zusammen mit dem beheizbaren Probentisch 7 horizontal gedreht; inzwischen wird der vom Laser 9 emittierte Laserstrahl L von dem kippbaren Spiegel 10 reflektiert, um das Plättchen W durch das transparente Quarzfenster 1a zu bestrahlen, wobei eine Hin- und Herbewegung in diametraler Richtung erfolgt, so daß der Laserstrahl die gesamte Oberfläche des Plättchens W bestrahlt.

Verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die mit der oben beschriebenen Vorrichtung durchgeführt werden, werden nachstehend näher erläutert.

Ein Plättchen W eines Einkristall-Substrats mit einer Oberflächenrichtung (100) als Probe wird auf dem beheizbaren Probentisch 7 angeordnet und dieser Probentisch 7 in Drehbewegung versetzt. Der Reaktor 1 wird durch die Auslaßleitung 4 gereinigt, während er mit Nj-Gas mit einem Durchsatz von 30 l/min versorgt wird; das Siliziumplättchen W wird unter Verwendung der Heizeinrichtung 8 auf etwa 65O°C aufgeheizt, nachdem eine ausreichende Reinigung durchgeführt worden ist. Nachdem eine vorgegebene Temperatur erreicht ist, wird gleichzeitig mit der Versorgung des Reaktors 1 mit SiH₄-GaS mit einem Durchsatz von 50 cm /min durch die Versorgungsleitung die Oberfläche des Plättchens 4 mit dem Laserstrahl bestrahlt, der vom Laser 9 emittiert wird. Ein gütegeschalteter YAG-Laser, der eine Wellenlänge von 1,06 pm, eine Ausgangsleistung von 20 W und eine Impulsbreite von 50 bis 100 ns besitzt, wird als Laser verwendet. Der Laserstrahl wird so ausgelegt, daß er während des Abfahrens der Oberfläche des Plättchens W diese Oberfläche gleichmäßig bestrahlt, indem man die Bewegungen des kippbaren Spiegels 10 und des beheizbaren Probentisches 7 synchronisiert. Im Ergebnis wird unter dieser Bedingung polykristallines Silizium auf die Oberfläche des Plättchens mit dem CVD-Verfahren aufgewachsen und momentan geglüht oder beheizt und zu einem Einkristall gemacht, indem

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- π -■

man die Bestrahlung jrnit dem Laser.vornimmt, so daß ein Einkristall-Silizium-Film auf die Plättchenoberfläche aufgewachsen wird. Wenn dieser Zustand fortgesetzt wird, werden Einkristall-Silizium-Filme fortschreitend auf der Plättchen-5 Oberfläche aufgeschichtet, so daß sich ein Siliziumfilm großer Dicke herstellen läßt. Bei der beschriebenen Ausführungsform werden diese Schritte kontinuierlich für 20 Minuten fortgesetzt, um einen Einkristall-Silizium-Film mit einer Dicke von etwa 6 ym herzustellen. Die Kristallisation wurde untersucht, wobei sich ergab, daß eine Filmqualität erreicht werden konnte, die gleich der beim epitaxialen Siliziumaufwachsen ist, wie man es mit einer herkömmlichen CVD-Verfahren erhält.

Bei einer anderen Ausführungsform wurde außerdem das Wachsen eines ähnlichen Einkristall-Silizium-Filmes durchgeführt, indem man den Durchsatz des SiH.-Gases auf 150 cm /min einstellte. Dabei bestätigte sich, daß eine Wachstumsrate von 1 ym/min realisiert wurde und daß die Wachstumsrate des Einkristall-Silizium-Filmes proportional mit dem Durchsatz des SiH^-Gases zunahm.

Da beim erfindungsgemäßen Verfahren der oben beschriebenen Art das Plättchen im Reaktor angeordnet ist, so daß das Aufwachsen mit dem CVD-Verfahren erfolgt und gleichzeitig eine Bestrahlung mit dem Laser durchgeführt wird, so daß .die Einkristall-Bildung stattfindet, ist es möglich, einen Einkristall-Silizium-Film mit einer gewünschten Dicke mit bemerkenswerter Leichtigkeit herzustellen, und die Herstellung bei einer niedrigeren Temperaturbedingung von höchstens 1000 C als bei herkömmlichen Einkristall-Verfahren durchzuführen.

Genauer gesagt wird in dem Falle, wo der polykristalline Siliziumfilm mit einem CVD-Verfahren oder durch chemische Gasphasenabscheidung aufgewachsen wird, das Wachsen gemäß den folgenden Reaktionsschemata und Temperaturen durchgeführt, die in Abhängigkeit von den verwendeten Arten von Gasen

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lh"

unterschiedlich sind:

SiH₄ y Si(s) +

(z.B. in N₂-Atmosphäre oder unter niedrigem Druck)

SiH₂Cl₂ > Si(s) + 2HCl

(z.B. in !^-Atmosphäre oder unter niedri gem Druck

SiHCl₃ + H₂ > Si(s) + 3HCl

^750⁰C (in H.,-Atmosphäre)

SiCl₄ + H₂ > Si(s) + 4HCl

C (in H₂-Atmosphäre).

Im Ergebnis ist es möglich, das Aufwachsen der polykristallinen Siliziumschicht bei einer weitaus niedrigeren Temperatur als der Reaktionstemperatur von ungefähr 1000 bis 1050°C vorzunehmen, die erforderlich ist, wenn der Einkristall direkt mit einem herkömmlichen CVD- oder Aufdampfungsverfahren aufgewachsen wird, und es ist weiterhin möglich, den polykristallinen Siliziumfilm einer Wärmebehandlung zu unterziehen um damit einen Einkristall-Silizium-Film herzustellen.

Durch die Herstellung des Einkristall-Silizium-Filmes in einem Zustand niedriger Temperatur lassen sich die folgenden Vorteile erzielen, die es. ermöglichen:

(1) die Versetzung zur verhindern, die häufig im Substrat bei einem Zustand hoher Temperatur auftritt, so daß man einen Kristall mit geringen Fehlern erhalten kann;

(2) eine Verunreinigung des Kristalls mit unerwünschten Gasen zu verhindern, die im Reaktor bei hoher Temperatur auftreten, um damit etwa Schichtfehler in einem Speicherelement zu verhindern; und

(3) zu verhindern, daß ein neu gewachsener Kristall mit einer

Verunreinigung vom Substrat dotiert wird. Dabei kann der Effekt (3), nämlich eine Verunreinigungsdotierung zu verhindern, ein steiles Profil der Verunreini-

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gungskonzentration zwischen dein Substrat und dem Kinkr i r. t α I I Silizium-Film ausbilden, so daß eine Vielzahl von Ilalblelteranordnungen mit ausgezeichneten Eigenschaften hergestellt werden kann.

Wenn außerdem gemäß der Erfindung das polykristalline Aufwachsen vorgenommen werden kann, während ein begrenzter Teil der Plättchenoberfläche mit dem Laser bestrahlt wird, so kann nur dieser begrenzte Teil für die verschiedensten Anwendungszwecke einer Wärmebehandlung unterzogen und zu einem Einkristall umgebildet werden.

Gemäß der Erfindung lassen sich somit Einkristall-Silizium-Filniu mit großer Dicke in einfacher Weise und innerhalb kurzer Zeiträume sogar bei niedrigen Temperaturen herstellen, wobei sie die gewünschte Dicke in einem gewünschten Bereich aufweisen.

Dabei kann das erfindungsgemäße Verfahren im wesentlichen in gleicher Weise wie ein CVD-Verfahren oder eine chemische Gasphasenabscheidung durchgeführt werden, und zwar auch in dem Falle, wo die Polykristalle mit einem Verdampfungsverfahren ausgebildet werden. Andererseits kann der Laser durch einen Elektronenstrahl ersetzt werden. Bei den jeweiligen Modifizierungen wird zwar die konkrete Ausführungsform der Vorrichtung mehr oder weniger verändert, jedoch bleibt der Grundaufbau und das Verfahren unverändert.

Eine Vielzahl von Halbleiteranordnungen lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellen, wobei einige Ausführungsformen zur Erläuterung ihrer Vorteile nachstehend erläutert werden sollen.

Die Figuren 2A bis 2F zeigen ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Erfindung auf eine Halbleiteranordnung Anwendung findet, die einen SOS-Aufbau oder Silizium-auf-Saphir-Aufbau besitzt. Wenn, wie in Figur 2A dargestellt, ein Einkristall-Silizium-Film 12 auf einem Saphir-Substrat 11 auszubilden ist, so wird das erfindungsgemäße Verfahren verwendet, um gleichzeitig polykristallines' Silizium aufzuwachsen und zu

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Glühen bzw. einer Wärmebehandlung zu unterziehen, so daß ein Einkristall-Siliziumfilm mit einer relativ großen Dicke von beispielsweise 1 ,0 μΐη bei einer niedrigen Temperatur hergestellt wird. Wie in Figur 2B dargestellt, wird eine N-leitende Verunreinigung in den Einkristall-Silizium-Film mit einer herkömmlichen Technik eingeführt, und dieser Film 12 wird mit einem herkömmlichen Ätzverfahren unterteilt. Wie in Figur 2C dargestellt, wird anschließend eine Insel 14 des Siliziumfilmes mit einem Isolierfilm 15 aus SiO₂ oder dergleichen überzogen und eine P-leitende Verunreinigung in die andere Insel 13 eingeführt, so daß die Leitfähigkeit dieser Insel 13 in eine vom P-Typ geändert wird.

Wie in Figur 2D dargestellt, werden Isolierfilme 16 und 17 aus SiO₂ zur Ausbildung von Gate-Isolierfilmen hergestellt und mit Gate-Elektroden 18 und 19 aus polykristallinem Silizium mit herkömmlichen Verfahren ausgebildet. Außerdem wird eine P-leitende Verunreinigung in die Insel 14 eingeführt, um dadurch ein Paar von P -leitenden Halbleiterbereichen auszubilden. Diese paarweise angeordneten P -leitenden HaIbleiterbereiche dienen als Source und Drain einer P-Kanal-MIS-Ano r dnun g.

Wie in Figur 2E dargestellt, wird außerdem eine N -leitende Verunreinigung in die Insel 13 eingeführt, um damit ein Paar von N⁺-leitenden Halbleiterbereichen zu bilden, die als Source und Drain verwendet werden. Anschließend werden Isolierfilme 20 und 21 ausgebildet, wie es in Figur 2E angedeutet ist. Außerdem werden Verdrahtungen 24 bis 28 aus Aluminium vorgesehen, wie es in Figur 2F dargestellt ist. Somit wird eine komplementäre MIS-Schaltung 29 hergestellt, die aus einer P-Kanal-MIS-Anordnung 2 2 und einer N-Kanal-MIS-Anordnung 23 besteht.

Bei der so hergestellten komplementären MIS-Schaltung 29 wird die Herstellung des Einkristall-Silizium-Filmes in einem Zustand niedriger Temperatur durchgeführt, die 1000 C nicht überschreitet. Infolgedessen kann verhindert

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werden, daß der Einkristall-Silizium-Fi Im 12 einer Selbr.t-Dotierung mit. Aluminium unterliegt, welches den Saphir-Substrat 11 aus Al₂O₃ bildet, um somit die Kristallisation zu verbessern, jjo daß die Beweglichkeit höher als bei herkömmlichen Anordnungen sein kann.

Die Figuren 3A bis 3E zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Erfindung auf ein bipolares IC Anwendung findet. Das ex-f indungsgemäße Verfahren wird verwendet, wenn ein Einkristall-Silizium-Film 32 auf einem P"~-leitenden Siliziumsubstrat 31 herzustellen ist, das mit einer eingebetteten Schicht 30 gemäß Figur 3A ausgebildetist. Der Einkristall-Siliziumfilm 32 wird darauf mit einem Isolierfilm 35 aus SiO~ oder dergleichen hergestellt, wie es in Figur 3B dargestellt ist, der zur Einführung einer P-leitenden Verunreinigung verwendet wird, um damit einen P -leitenden Isolierbereich 33 -s.u bilden. Mit diesem Isolierbereich 33 wird der Einkristall-Silizium-Film 32 unterteilt, wobei er eine Insel 34 bildet. Wie in den Figuren 3C und 3D dargestellt, werden dann ein P-leitender Basisbereich 36 und ein N -leitender Emitterbnreich 37 mit der herkömmlichen Planartechnik ausgebildet. Anschließend werden, wie in Figur 3E dargestellt, Verdrahtungen oder Elektroden 38 und 39 aus Aluminium ausgebildet. Somit Wird ein bipolarer Transistor 40 vervollständigt.

Da bei diesem Verfahren die Selbst-Dotierung der als Kollektor arbeitenden, N-leitenden Schicht von der eingebetteten Schicht 30 wegen der Behandlung bei niedriger Temperatur verringert v/erden kann, lassen sich ausgezeichnete Eigenschaften erzielen· Außerdem kann eine derartige integrierte Injektionslogik die sich durch die Selbst-Dotierung als schwierig in de;· Herstellung erwiesen hat, nunmehr leicht hergestellt werden.

Figur 4A b; s 4D zeigen ein Beispiel, bei dem die Erfindung auf eine Diode ijiwendung findet, insbesondere eine kapazitätsvariable Diode. Wie in Figur '4A dargestellt, wird ein Ein-

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kristall-Siliziumfilm 42 auf einem N -leitenden Siliziumsubstrat 41 unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet. Als nächstes wird, wie in Figur 4B dargestellt, ein Isolierfilm 43 aus SiO₂ hergestellt und als Maske verwendet, um einen N-leitenden Bereich hoher Verunreinigungskonzentration, d.h. einen N -leitenden Bereich 44 auszubilden. Anschließend wird, wie in Figur AC und 4D dargestellt, ein P-leitender Bereich hoher Verunreinigungskonzentration, also ein P -leitender Bereich 45 hergestellt, eine Elektrode 46 aus Aluminium angeordnet und somit eine Diode 4 7 fertiggestellt.

Die Verunreinigungskonzentrationsverteilung in der so hergestellten Diode ist in Figur 5 dargestellt. Da bei der gemäß der Erfindung hergestellten Diode die Selbst-Dotierung vom Substrat 41 in die N-leitende Schicht 42 durch die Behandlung bei niedriger Temperatur verhindert wird, kann die Verunreinigungskonzentration in der Nähe der Grenzschicht zwischen dem Substrat 41 und der N-leitenden Schicht 42 so ausgelegt werden, daß sie ein steileres Profil als beim Stande der Technik aufweist, der strichliert eingetragen ist, so daß sich die Eigenschaften in wirksamer Weise verbessern lassen.

Figur 6A und 6B zeigen ein Ausführungsbeispiel, bei dem nur ein Teil 50 eines auf ein Substrat 48 aufgewachsenen polykristallinen Siliziumfilmes 49, d.h. ein einen Transistor bildender Teil, mit dem Laser oder dergleichen bestrahlt, und zu einem Einkristall umgebildfit wird, wenn ein bipolares IC herzustellen ist. Wie in Figur GA dargestellt, wird ein Einkristal1-Siliziumteil 50 hergestellt, der von einem polykristallinen Siliziumteil 51 umgeben ist. Dieser Einkristall-Siliziumteil 50 wird in gleicher Weise hergestellt, wie beim Beispiel -gemäß Figur 3A bis 3E, und zwar mit einem diffundierten Basisbereich 52 und einem diffundierten Emitterbereich 53 und außerdem mit Aluminiumelektroden 55 und 56, die sich über einem Isolierfilm 54 erstrecken, um somit einen

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bipolaren Transistor 57 zu vervollständigen.

Bei dieser Anordnung kann der erwähnte polykristalline Siliziumteil 51 als iBolierteil verwendet werden. Bei diesem Transistor kann somit die Selbst-Dotierung vom Substrat 48 in ähnlicher Weise verringert werden wie beim Beispiel gemäß Figur 3A bis 3E, um somit die Eigenschaften zu verbessern. Da außerdem die Isolation beim polykristallinen Silizium vorgenommen wird, kann die Isolations-Durchbruchspannung verbessert werden, was es ermöglicht, eine integrierte Schaltung mit einem großen Widerstandsvermögen gegenüber hohen Spannungen herzustellen.

Außerdem läßt sich eine Vielzahl von Halbleiteranordnungen herstellen, indem man das erfindungsgemäße Verfahren verwendet, so daß sich ausgezeichnete Eigenschaften erzielen lassen.

Wie oben angegeben, wird beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Einkristall-Silizium-Filmen gleichzeitig mit dem Aufwachsen des polykristallinen Siliziums auf dem Substrat zur Herstellung eines Siliziumfilmes dieser Kristall mit einem Laser- oder Elektronenstrahl bestrahlt, um daraus einen Einkristall zu machen, und diese Schritte werden kontinuierlich für eine vorgegebene Zeitspanne durchgeführt, was es ermöglicht, einen Einkristall-Silizium-Film mit gewünschter Dicke herzustellen. Im Ergebnis läßt sich ein Einkristall-Silizium-Film mit großer Dicke leicht und innerhalb einer kurzen Zeitspanne herstellen, und sogar unter der Voraussetzung einer niedrigen Temperatur in der Weise, daß er eine gewünschte Dicke in einem gewünschten Bereich besitzt. Außerdem ist es möglich, Kristallfehler, Schichtfehler und Dotierungen mit irgendwelchen Verunreinigungen zu verhindern. Des weiteren ist die erfindungsgemäße Vorrichtung sowohl mit einem Reaktor zur Herstellung eines polykristallinen Siliziumfilmes auf der Oberfläche eines Substrats unter der Voraussetzung niedriger Temperaturen sowie einer Einrichtung zur Bestrahlung der Substratoterfläche ausgerüstet, d.h.

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aufzuwachsendem polykristallinen Silizium, das gleichzeitig beim Aufwachsen mit einem Laser- oder Elektronenstrahl bestrahlt wird. Im Ergebnis lassen sich Einkristall-Silizium-Filme in einem Zustand herstellen, beidem das Substrat in den Reaktor eingebracht ist, so daß sich die Herstellungsschritte und Arbeiten vereinfachen lassen.

Claims

SCHIFF ν. FÜNER STREHL SCHÜBEL-HOPF EBBINGHAUS FINCK MARIAHIt-FPLATZ 2 A 3, MÜNCHEN OO POSTADWES&Ei POSTFACH OBOKiO. D-HOOO MUNCMFN Uty HITACHI, LTD. 27. März 1981 DEA-25 361 Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Einkristall-Siliziumfilmen PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung von Einkristall-Siliziumfilmen, dadurch gekennzeichnet , daß polykristallines Silizium auf ein Substrat aufgebracht wird und daß gleichzeitig mit dem Aufbringen dieses Materials das polykristalline Silizium mit einem Laser- oder Elektronenstrahl bestrahlt wird, um das polykristalline Silizium in einen Einkristall umzubilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen des polykristallinen Siliziums bei einer Temperatur von weniger als 1000 C durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen des polykristalli-

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nen Siliziums und die Bestrahlung mit dem Laser- oder Elektronenstrahl kontinuierlich für eine vorgegebene Zeitspanne durchgeführt werden, bis ein Einkristall-Siliziumfilm gewünschter Dicke hergestellt ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß das aufzubringende polykristalline Silizium im wesentlichen auf der gesamten Oberfläche mit dem Laser- oder Elektronenstrahl bestrahlt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das aufgebrachte polykristalline Silizium nur in einem vorgegebenen Bereich mit dem Laser- oder Elektronenstrahl bestrahlt wird.

6. Vorrichtung zur Herstellung von Einkristall-Siliziumfilmen, gekennzeichnet durch eine Kammer (1) zum Aufbringen von polykristallinem Silizium auf die Oberfläche eines darin angeordneten Substrats (W) und durch eine Einrichtung (9, 10, 1a) zum Bestrahlen von zumindest einem Teil der Oberfläche des in der Kammer (1) angeordneten Substrats (W) mit einem Laser- oder Elektronenstrahl (L).

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Substrats (W) mit dem Laser- oder Elektronenstrahl (L) von der Bestrahlungs-

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einrichtung abtastbao: ist. ' ·

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (1) einen von einer Antriebseinrichtung (5, 6) drehbaren Probentisch (7) für das Substrat (W) aufweist und mit einer Heizeinrichtung (8) beheizbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Kammer (1) Zuführungsleitungen (2, 3) für die Zuführung von Reinigungs- und/oder Reaktionsgasen sowie eine Auslaßleitung (4) aufweist, so daß in der Kammer (1) polykristallines Silizium durch chemische Gasphasenabscheidung aufbringbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Kaitimer (1) ein dem Probentisch (7) gegenüberliegendes Fenster (1a) aus Quarz oder dergleichen für den eintretenden Laserstrahl (L) aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Bestrahlungseinrichtung (9, 10, 1a) einen kippbaren und schwenkbaren Spiegel (10) aufweist, mit dem ein von einem Laser (9) emittierter Laserstrahl (L) auf das Substrat (JW) umlenkbar ist, und daß die Schwenkbewegung des Spiegels (10) mit der Drehbewegung des

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Probentisches (7) synchronisiert ist, so daß das polykristalline Silizium der Probe (W) auf dem Probentisch (7) gleichmäßig mit dem Laser- oder Elektronenstrahl (L) bes tr ahlbar ist.

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