DE3300716A1 - Verfahren zum bilden von monokristallinem silicium auf einer maskenschicht - Google Patents

Verfahren zum bilden von monokristallinem silicium auf einer maskenschicht

Info

Publication number
DE3300716A1
DE3300716A1 DE19833300716 DE3300716A DE3300716A1 DE 3300716 A1 DE3300716 A1 DE 3300716A1 DE 19833300716 DE19833300716 DE 19833300716 DE 3300716 A DE3300716 A DE 3300716A DE 3300716 A1 DE3300716 A1 DE 3300716A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
silicon
mask layer
monocrystalline
etching
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19833300716
Other languages
English (en)
Other versions
DE3300716C2 (de
Inventor
Scott Carlton Hopewell N.J. Blackstone
John Francis Ringoes N.J. Corboy jun.
Lubomir Leon Plainsboro N.J. Jastrzebski
Robert Henry Trenton N.J. Pagliaro
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
RCA Corp
Original Assignee
RCA Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=23326867&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=DE3300716(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by RCA Corp filed Critical RCA Corp
Publication of DE3300716A1 publication Critical patent/DE3300716A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE3300716C2 publication Critical patent/DE3300716C2/de
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367Substrates
    • H01L21/0237Materials
    • H01L21/02373Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02381Silicon, silicon germanium, germanium
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367Substrates
    • H01L21/0237Materials
    • H01L21/0242Crystalline insulating materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518Deposited layers
    • H01L21/02521Materials
    • H01L21/02524Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02532Silicon, silicon germanium, germanium
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612Formation types
    • H01L21/02617Deposition types
    • H01L21/0262Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612Formation types
    • H01L21/02617Deposition types
    • H01L21/02636Selective deposition, e.g. simultaneous growth of mono- and non-monocrystalline semiconductor materials
    • H01L21/02639Preparation of substrate for selective deposition
    • H01L21/02642Mask materials other than SiO2 or SiN
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612Formation types
    • H01L21/02617Deposition types
    • H01L21/02636Selective deposition, e.g. simultaneous growth of mono- and non-monocrystalline semiconductor materials
    • H01L21/02647Lateral overgrowth

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Description

RCA 76808 Dr.v.B/Ri
RCA Corporation New York, N.Y. 10020 V.St.A.
Verfahren zum Bilden von monokristallinem Silicium auf einer Maskenschicht
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum epitaktischen Aufwachsenlassen einer Schicht aus monokristallinem Silicium, im speziellen ein Verfahren zum Herstellen von monokristallinem Silicium auf einer durchbrochenen Maskenschicht auf einem monokristallinem Substrat.
Bei der Herstellung und Bearbeitung von Halbleitereinrichtungen findet epitaktisch niedergeschlagenes Silicium in vielen Fällen Anwendung. Hierbei wird im wesentlichen Silicium von einer Gasquelle derart auf ein Kristallgitter niedergeschlagen, daß das niedergeschlagene Silicium eine Struktur bildet, die das Kristallgitter fortsetzt. Konventionelle siliciumliefernde Gase sind u.a. Silan (SiH,), Siliciumtetrachlord (SiCl,), Trichlorsilan (SiHCl3) und Dichlorsilan (SiH2Cl2). Einzelheiten typischer Siliciumepitaxie-Verfahren finden sich z.B. in der Veröffentlichung von D.J. DeLong " ADVANCES IN DICHLORSILANE EPITAXIAL TECHNOLOGY " , Solid State Technology, Oktober 1972, S. 29-34 und der US-PS 3,945,864 Die Qualität und die Geschwindigkeit des Siliciumhiederschlags hängt stark von Parametern wie der Temperatur
- 1 beim Niederschlagen und der speziellen Zusammensetzung des verwendeten Gases ab, wie beispielsweise in der US-PS 3,239,372 und auch den oben erwähnten Veröffentlichungen ausgeführt ist.
5
Es ist bekannt, epitaktische Schichten oder Filme aus Silicium selektiv in den Öffnungen einer Siliciumdioxid-Maske auf der Oberfläche eines Substrats aus monokristallinem Silicium zu züchten. Ein Beispiel eines solchen Verfahrens ist in der Veröffentlichung von B.D. Joyce et al "SELECTIVE EPITAXIAL DEPOSITION IN SILICON", Nature, Bd. 195, S. 485-6, 4. August 1962, beschrieben. Man hat selektives epitaktisches Niederschlagen auch schon dazu verwendet, ein Gitter aus Inseln monokristallinen SiIiciums zu bilden, welches durch einen bestimmten, von Mitte zu Mitte gerechneten Abstand einer Anordnung von Löchern oder Öffnungen in einer Schicht aus Siliciumdioxid (SiO9) bestimmt ist. Die Siliciuminseln wachsen dabei jeweils eine bestimmte Strecke über das die betreffende Öffnung umgebende Siliciumdioxid. Ein Beispiel einer solchen Struktur mit Überlappung und deren Herstellung ist in der Veröffentlichung von W.E. Engeler et al "THE "EPICON" ARRAY; A NEW SEMICONDUCTOR ARRAY-TYPE CAMERA TUBE STRUCTURE", Applied Physics Letters, Bd. 16, Nr. 5, 1. März 1970, der Veröffentlichung von S.M.
Blumenfeld et al "THE EPICON CAMERA TUBE: AN EPITAXIAL DIODE ARRAY VIDICON", IEEE Trans., Bd. ED18, Nr..11, November 1971 und der US-PS 3,746,908 (W.E. Engeler) beschrieben.
Wie die genannten Veröffentlichungen zeigen, ist das Verfahren des epitaxialen Niederschiagens von monokristallinem Silicium in der Halbleiterindustrie gut eingeführt. Man kennt beispielsweise die Einflüsse der Reaktionstemperatur, der Zusammensetzung des zum Niederschlagen verwendeten Gases und der Strömungs-
geschwindigkeit des Gases sowohl auf die Qualität als auch auf die Niederschlagsgeschwindigkeit. Es ist auch allgemein bekannt, daß monokristallines Silicium auf einem monokristallinen Substrat Keime bildet und aufwächst, nicht jedoch auf einer polykristallinen oder amorphen Oberfläche. Wenn eine nichtmonokristalline Oberfläche, wie die Oberfläche einer Siliciumdioxidschicht, einer für ein epitaxiales Niederschlagen geeigneten Umgebung ausgesetzt wird, bildet sich typischerweise eine nichtmonokristalline Siliciumschicht.
Bisher hat man die Bildung von monokristallinem Silicium auf Siliciumdioxid dadurch bewirkt, daß man ein Gitter aus monokristallinen Siliciuminseln bildete, wie es in den Veröffentlichungen von Engeler und Blumenfeld beschrieben ist. Dieser Prozeß beruht darauf, daß die Siliciumatome über die Oxidoberfläche zwischen den Siliciuminseln wandern und zum Wachstum der Inseln beitragen. Wenn bei einer speziellen Temperatur die Wanderungs- oder Diffusionsstrecke des niedergeschlagenen Siliciums kleiner als der halbe Abstand zwischen den Siliciuminseln ist, tritt auf dem Oxid zwischen den monokristallinen Siliciuminseln eine Keimbildung von nichteinkristallinem Silicium auf. Bei der Bemühung, die Bildung einer nichtmonokristallinen Siliciumschicht zu verhindern und einen Niederschlagsprozeß zu schaffen, der nicht durch die Geometrie des epitaxialen Keimbildungsplatzes oder der epitaxialen Keimbildungsplätze oder die Aufwachszeit begrenzt ist, wurde die vorliegende Erfindung gemacht.
Auf einem Halbleitersubstrat wird eine Maskenschicht gebildet, die mindestens eine öffnung aufweist, an der ein monokristalliner Teil des Substrats freiliegt. Dann wird Silicium epitaxial aus einer Gasmischung nieder-
geschlagen, welche ein siliciumlieferndes oder Siliciumquellen-Gas sowie ein Trägergas enthält. Das Substrat wird anschließend einer Gasmischung ausgesetzt, die ein Ätzgas und ein Trägergas enthält, um einen Teil des vorher niedergeschlagenen Siliciums wegzuätzen. Dieser Zyklus des Niederschiagens und Ätzens wird dann eine geeignete Anzahl von Malen wiederholt, bis man eine monokristalline Siliciumschicht vorgegebener Größe auf der Maskenschicht erhält.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 und 2 Halbleiteranordnungen während verschiedener Stufen des vorliegenden Verfahrens;
Figur 3, 4, 5 und 6 alternative Strukturen, die durch das vorliegende Verfahren hergestellt werden können.
Wie in Figur 1 dargestellt ist, geht man gewöhnlich von einem Substrat 10 mit einer im wesentlichen ebenen Oberfläche 12 aus. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens ist das Material des Substrats TO monokristallines Silicium und die Oberfläche 12 stellt eine kristallographische Hauptfläche dar. Das Material des Substrats 10 muß jedoch nicht unbedingt Silicium sein, wie noch erläutert werden wird. Auf der Oberfläche 12 des Substrats wird eine durchbrochene Maske 14 gebildet, welche vorzugsweise eine etwa 0,1 bis 1,0 um dicke Schicht aus Siliciumdioxid (SiO-) ist. Siliciumdioxid wird als Maskenmaterial bevorzugt, da es amorph ist und dem anschließenden epitaxialen Niederschlagsverfahren standzuhalten vermag. Außerdem läßt sich eine SiO^-Maske 14 leicht bilden und in einer solchen Maske lassen sich auch leicht Öff-
ί nungen oder Löcher durch konventionelle photolithographische Verfahren bilden. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß das vorliegende Verfahren nicht auf die Verwendung von SiO2 und auch nicht auf bestimmte Maskenschichtdicken beschränkt ist. Die wesentlichen physikalischen oder körperlichen Eigenschaften der Maske 14 sind, daß sie nichtmonokristallin ist und daß sie den Temperaturen standzuhalten vermag, die bei der anschließenden Behandlung auftreten. Andere geeignete Maskenmaterialien sind z.B. Siliciumnitrid und Aluminiumoxid.
Bei der Anordnung gemäß Figur 1 weist die Maske 14 mehrere Öffnungen 16 auf. Die Größe, der Abstand und die Konfiguration dieser Öffnungen 16 kann verschieden sein. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 1 sind mehrere Öffnungen vorhanden, für das vorliegende Verfahren wird jedoch im Prinzip nur eine einzige Öffnung 16 benötigt. Die Ausführungsform mit mehreren Öffnungen oder Löchern stellt nur ein Beispiel dar. Die dargestellten Öffnungen 16 können beispielsweise mehrere Quadrate, Kreise oder Streifen enthalten.
Der in den jeweiligen Öffnungen 16 freiliegende Teil der Oberfläche 12 des Substrats wird im folgenden als Nukleations- oder Keimbildungsplatz bezeichnet. Die Keimbildungsplätze 18 in Figur 1 können irgendwo auf der Oberfläche 12 angeordnet sein. Die einzige Bedingung besteht darin, daß die Keimbildungsplätze 18 jeweils eine monokristalline Struktur haben. Dies läßt sich beispielsweise dadurch erreichen, daß man ein Substrat 10 aus massivem monokristallinem Material verwendet, oder daß die Oberfläche 12 durch eine monokristalline Schicht eines im übrigen nichtmonokristallinen Substrats 10 gebildet wird oder daß die Oberfläche 12 polykristallin mit einer solchen Korngröße ist, daß die Öffnungen 16 jeweils innerhalb der Grenzen eines
Kornes gebildet werden können.
Die maskierte Struktur gemäß Figur 1 wird dann einem zweistufigen Siliciumniederschlagungs/Ätzzyklus unterworfen. In der ersten Stufe, der Niederschlagungsstufe, wird Silicium aus einer Gasmischung niedergeschlagen, die ein Siliciumquellen-Gas oder siliciumlieferndes Gas sowie ein Trägergas enthält. Außerdem kann in der Niederschlagungsstufe zusätzlich ein Silicium ätzendes Gas verwendet werden. In der zweiten Stufe, der Ätzstufe, wird ein Teil des während der ersten Stufe niedergeschlagenen Siliciums mittels einer Gasmischung aus einem Siliciumätzgas und einem Trägergas abgeätzt. Dieser Zyklus des Niederschiagens und Ätzens wird dann, erforderlichenfalls, beliebig oft wiederholt, bis eine monokristalline Siliciumschicht vorgegebener Größe auf der Maskenschicht 14 gebildet ist. An jedem Keimbildungsplatz 18 schreitet das Kristallwachstum im wesentlichen vertikal (senkrecht zur Oberfläche 12) über die Dicke der Maske 14 fort und geht dann zusätzlich in Seitenrichtung quer über die Oberfläche der Maske 14 weiter. Eine Wiederholung des Zyklus liefert schließlich eine Insel 20 aus monokristallinem Silicium an jedem Keimbildungsplatz 18, wie in Figur 2 dargestellt ist.
Der Zyklus des Niederschiagens und Ätzens kann in einer konventionellen Apparatur oder einem Reaktor bei Atmosphärendruck oder Unterdruck durchgeführt werden und man kann verschiedene siliciumliefernde Gase, Silicium ätzende Gase und Trägergase verwenden. Für ein Ausführungsbeispiel des vorliegenden Verfahrens, bei dem Dichlorsilan als siliciumlieferndes Gas, HCl als Ätzgas (in beiden Stufen) und Wasserstoff als Trägergas verwendet wurden, sind typische Parameter für das Niederschlagen und Ätzen in der folgenden Tabelle aufgeführt:
TABELLE
Gasdurchsatz (liter/min)
5 Zyklusstufe
HCl
Zeit (min)
Niederschlagen 24 0,15 Ätzen 24 0,30
0,20
2 1
Strömungsgeschwindigkeit: 24 cm/sek Reaktortemperatur (Pyrometeranzeige): 11000C Druck: 1 bar
Mit diesen Parametern ergab sich eine vertikale Aufwachsgeschwindigkeit von ungefähr 1,0 μΐη/min und ein Verhältnis von horizontaler zu vertikaler Wachsgeschwindigkeit von 1 ,5.
Die vertikale Aufwachsgeschwindigkeit, das Verhältnis der horizontalen Kristallwachstumsgeschwindigkeit zur vertikalen Kristallwachstumsgeschwindigkeit und die Entscheidung, ob ein Silicium ätzendes Gas während des Niederschiagens verwendet werden soll, hängen vom siliciumliefernden Gas und dessen Durchsatz, vom Silicium ätzenden Gas und dessen Durchsatz, der Dauer des Niederschlagens, der Dauer des Ätzens, der Strömungsgeschwindigkeit, der Reaktortemperatur und dem Druck beim Niederschlagen ab. Beispielsweise kann bei Verwendung von SiH2Cl2 als siliciumlieferndes Gas die vertikale Aufwachsgeschwindigkeit zwischen etwa 0,4 und 2,0 μΐη/min dadurch geändert werden, daß man den SiH«Cl„-Durchsatz zwischen etwa 0,10 und 1,0 liter/min ändert und den Durchsatz des Silicium ätzenden Gases während des
Niederschiagens entsprechend einstellt.
Das Verhältnis von horizontaler zu vertikaler Wachstumsgeschwindigkeit nimmt im allgemeinen mit niedrigeren Reaktionstemperatüren zu. Es wurde beispielsweise bei Verwendung der in der Tabelle angegebenen Parameter festgestellt, daß sich das Verhältnis von horizontaler zu vertikaler Wachstumsgeschwindigkeit zwischen etwa 1,0 und 2,2 ändert, wenn die Temperatur im Reaktor von 12000C auf 10500C herabgesetzt wurde.
Wie stark die Temperatur im Reaktor die Wachstumsgeschwindigkeit und das Verhältnis von horizontaler zu vertikaler Wachstumsgeschwindigkeit beeinflußt, hängt auch vom verwendeten siliciumliefernden Gas und vom Druck beim Niederschlagen ab. Es ist beispielsweise zu erwarten, daß SiH. Niederschläge bei niedrigeren Temperaturen ermöglicht als SiH^Clp während man mit SiCl. Niederschläge bei höheren Temperaturen herstellen kann als mit SiH-C!-. Die Drücke beim Niederschlagen können beispielsweise von etwa 133 mbar (100 Torr) bis 1 bar geändert werden.
Die oben für das Niederschlagen und das Ätzen angegebenen Zeiten können als Funktion der Gaszusammensetzung und Temperatur ebenfalls geändert werden. In der Praxis wird man beispielsweise mit einer Niederschlagsdauer im Bereich von 3 0 sek bis 4 min und einer praktischen Ätzdauer zwischen etwa 20 sek und 2 min arbeiten können.
Während der Verfahrensstufe "Niederschlagen" des beschriebenen Niederschlag/Ätz-Verfahrens fällt Silicium aus dem Siliciumquellen-Gas oder siliciumliefernden Gas auf alle freiliegenden Oberflächen des Substrats und der Maske aus. Das Silicium, das sich auf den verschiedenen Keimbildungsstellen 18 niederschlägt, setzt die dort vorhandene monokristalline Gittersturktur fort.
-u-
Im Gegensatz hierzu gibt es für das auf die Maske 14 niedergeschlagene Silicium keine Vorzugsrichtung und das Silicium schlägt sich daher dort in Form von isolierten, keine Einkristallstruktur bildenden Aggregaten nieder. Es wurde ferner festgestellt, daß das Abscheiden von monokristallinem Silicium sofort beginnt während eine Verzögerung für eine gewisse kritische Zeitspanne eintritt, bevor der nichtmonokristalline Niederschlag auf der Maske 14 stattfindet.
Die Anwesenheit eines Silicium ätzenden Gases, wie HCl während des Niederschlagszyklus verringert die Wahrscheinlichkeit, daß sich während des Niederschiagens nichtmonokristalline Siliciumabscheidungen auf der Maske 14 bilden. Während der Niederschlagsstufe müssen das Verhältnis von siliciumlieferndem Gas und Silicium ätzendem Gas sowie die Dauer des Niederschiagens so aufeinander abgestimmt werden, daß sich eine vernünftige Wachstumsgeschwindigkeit des monokristallinen Siliciums ergibt und die Möglichkeit erhalten bleibt, anschließend das auf der Maske abgeschiedene, nichtmonokristalline Silicium während der Ätzstufe zu entfernen.
Die Gaszusammensetzung und die Dauer der Ätzstufe des Niederschlag/Ätz-Verfahrens werden so ausgelegt, daß alle nichtmonokristallinen Aggregate, die nach der Stufe des Niederschiagens auf der Maske 14 verblieben sind, vollständig entfernt werden. Durch dieses Ätzen wird zwar auch etwas von dem monokristallinen Silicium, das auf den Keimbildungsplätzen 17 aufwächst, entfernt, die Lösungsgeschwindigkeit dieses monokristallinen Siliciums ist jedoch im Vergleich zur Lösungsgeschwindigkeit der nichtmonokristallinen Aggregate verhältnismäßig niedrig. Bei einem Niederschlag/Ätz-Zyklus wird also während der Stufe des Niederschiagens mehr Silicium abgeschieden als
während der Ätzstufe entfernt wird und das ganze, am Ende eines vorgegebenen Zyklus noch vorhandene niedergeschlagene Material ist monokristallin.
Das mit dem vorliegenden Verfahren des Niederschiagens und Ätzens erreichbare vertikale und horizontale monokristalline Kristallwachstum erlaubt die Herstellung verschiedener nützlicher Halbleiterstrukturen. Die in Figur 2 dargestellte Struktur kann z.B. dazu verwendet werden, eine Vielzahl individueller, an gewünschten Stellen positionierter Halbleitereinrichtungen zu erzeugen. Diese Einrichtungen können beispielsweise dadurch hergestellt werden, daß man das Substrat 10 und die Siliciuminseln 20 durch konventionelle Halbleiterherstellungsverfahren individuell dotiert. Beispielsweise kann die Grenzfläche zwischen jeder Siliciuminsel 20 und dem Substrat 10 gleichrichtend oder nichtgleichrichtend gemacht werden, je nach der Dotierung, und in jeder Siliciuminsel 20 sowie im Substrat 10 können interne Dotierungsprofile mit Hilfe konventioneller photolithographischer Verfahren erzeugt werden.
Die Figuren 3 bis 6 zeigen weitere Beispiele von Strukturen/ die durch das vorliegende Verfahren hergestellt werden können. Setzt man das beschriebene Verfahren des Niederschiagens und Ätzens mit der Struktur gemäß Figur 2 fort, so wachsen die verschiedenen Siliciuminseln 20 schließlich zusammen, so daß eine kontinuierliche monokristalline Siliciumschicht 22 entsteht, wie es in Figur 3 dargestellt ist. Figur 5 zeigt, daß eine ähnliche Struktur aus einer monokristallinen Siliciumschicht 22 auf einer Maskenschicht 14 ausgehend von einer einzigen Keimbildungsstelle 18 hergestellt werden kann, die durch eine einzige Öffnung 16 in der Maske exponiert ist.
Figur 4 zeigt eine alternative Ausfuhrungsform, die für die Konstruktion von integrierten Schaltkreisen von großer Bedeutung werden kann. Diese Struktur kann dadurch gebildet werden, daß man Hohlräume oder Vertiefungen 24 in Bereichen entsprechend den Öffnungen 16 in die Siliciumschicht 22 der Struktur gemäß Figur 3 ätzt. Bei der dargestellten Ausführungsform erstrecken sich die Vertiefungen 24 in Dickenrichtung durch die Siliciumschicht 22 hindurch und durch das sich in den verschiedenen Öffnungen 16 befindliche epitaxiale Silicium hindurch, so daß die Substratoberfläche 12 freigelegt wird. Bei entsprechender Auslegung der Konfiguration der Öffnungen 16 kann also eine Vielzahl von elektrisch gegeneinander isolierter Siliciuminseln 26 erzeugt werden. Eine Struktur dieses Typs ist beispielsweise für Silicium-auf-Saphir-Einrichtungen (SOS-Typ) brauchbar, bei denen eine Mehrzahl monokristalliner Siliciuminseln auf einem isolierenden Substrat hergestellt wird. Außerdem können die Vertiefungen 24 je nach der Anwendung, für die die Struktur gemäß Figur 4 vorgesehen ist, anschließend mit einem Dielektrikum oder einem Widerstand- oder einem Leitermaterial gefüllt werden, so daß sich eine ebenere Struktur ergibt.
Die Struktur gemäß Figur 4 kann auch aus der mittels einer einzigen Öffnung hergestellten Struktur gemäß Figur 5 gebildet werden. Ferner kann man die Vertiefungen auch in einer Struktur gemäß Figur 2 oder in einer Struktur, die ein Mittelding zwischen den Strukturen gemäß Figur 2 und 3 darstellt, bilden.
Figur 6 zeigt ein Beispiel einer Mehrniveaustruktur, wie sie durch das vorliegende Verfahren ebenfalls hergestellt werden kann. Zur Herstellung dieser Struktur 35
werden isolierte monokristalline Siliciuminseln 26 mittels des beschriebenen Verfahrens des Niederschlagens und Ätzens auf einer durchbrochenen Maske 14 gebildet. Auf den Siliciuminseln 26 wird anschließend eine weitere durchbrochene Maske 28 hergestellt und hierauf läßt man dann in ähnlicher Weise eine zweite Menge von Siliciuminseln 30 epitaxial aufwachsen. Zur Trennung oder Isolierung der Siliciuminseln 26 und/oder der Siliciuminseln 30 können gewünschtenfalls eine Ausnehmung oder Vertiefung 24 oder mehrere solcher Vertiefungen gebildet werden. Das vorliegende Niederschlags/Ätz-Verfahren erlaubt also die Herstellung von integrierten Schaltkreisen mit mehreren Schichten oder Niveaus, die voneinander selektiv durch eine beispielsweise aus SiO- bestehende Maske isoliert sind. Hierdurch läßt sich die Packungsdichte und der Grad der Integration von integrierten Schaltungen in Zukunft weiter erhöhen.
Die beschriebenen Ausführungsformen und Strukturen stellen nur Beispiele dar. Die Erfindung läßt sich selbstverständlich auch für eine Vielzahl anderer Strukturen mit einem oder mehreren Niveaus verwenden. Anstelle des beschriebenen Siliciumsubstrats können selbstverständlich auch andere Substrate geeigneter Kristallstruktur verwendet werden, beispielsweise, wie erwähnt, ein Substrat aus monokristallinem Saphir.

Claims (18)

  1. Patentansprüche
    /i ) Verfahren zum Bilden von monokristallinem Silicium auf einer Maskenschicht, bei welchem ein Substrat hergestellt wird, das an einer Oberfläche einen monokristallinen Teil und auf dieser Oberfläche eine Maskenschicht aufweist, welche mindestens eine Öffnung über dem monokristallinen Teil enthält, und bei welchem ferner Silicium aus einer Gasmischung niedergeschlagen wird, die ein siliciumlieferndes Gas und ein Trägergas enthält, dadurch gekennzeichnet , daß ein Teil des niedergeschlagenen Siliciums in einer Gasmischung geätzt wird, die ein Silicium ätzendes Gas und ein T^ägergas enthält und daß der Zyklus des
    Niederschiagens und Ätzens derart wiederholt wird, daß man eine Insel (20) aus monokristallinem Silicium erhält, die sich von der Oberfläche (12) des Substrats (10) in der Öffnung (16) der Maskenschicht (14) eine bestimmte Strecke über die Maskenschicht (14) erstreckt und diese überlappt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die das siliciumliefernde Gas und das Trägergas enthaltende Gasmischung ein Silicium ätzendes Gas enthält.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß ein Substrat
    (10) aus einem monokristallinem Material verwendet wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß als Substrat
    (10) ein polykristallines Material mit einer Korngröße verwendet wird, die größer ist als die Abmessungen der Öffnung (16) in der Maskenschicht (14) und daß die Öffnung (16) der Maskenschicht (14) innerhalb der Grenzen eines Kornes angeordnet wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Maskenschicht (14) mehrere öffnungen (16) aufweist, von denen jede über einem monokristallinen Teil (18) des Substrats (10) angeordnet ist.
  6. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Maskenschicht (14) mindestens eine der Verbindüngen SiO37 Si3N4 und Al3O3 enthält.
  7. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das siliciumliefernde Gas aus einer der Verbindungen SiCl47 SiH2Cl2, SiHCl3 und SiH4 besteht.
  8. 8, Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die zum Niederschlagen des Siliciums dienende Gasmischung etwa 0,6 Vol.% siliciumlieferndes Gas, 0,6 Vol.% HCl und 98,8 Vol.% H2 enthält.
  9. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurc. h gekennzeichnet , daß die zum Ätzen dienende Gasmischung ungefähr 1,2 Vol.% HCl und 98,8 Vol.% H3 enthält.
  10. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das Niederschlagen und Ätzen in einem Reaktor bei einer Temperatur zwischen etwa 10500C und 12000C erfolgt.
  11. 11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Zyklus des Niederschiagens und Ätzens etwa 30 Sekunden bis 4 Minuten Niederschlagen und etwa 20 Sekunden bis 2 Minuten Ätzen enthält.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet , daß das Silicium ätzende Gas HCl enthält.
  13. 13. Verfahren nach Anspruch 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet ,. daß das Trägergas Wasserstoff enthält oder hieraus besteht.
  14. 14. Verfahren nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Zyklus des Niederschiagens und Ätzens derart wiederholt wird, daß eine Schicht (22) aus monokristallinem Silicium auf im wesentlichen der ganzen Maskenschicht (14) gebildet wird.
  15. 15. Verfahren nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Silicium, das sich über einer Öffnung (16) der Maskenschicht (14) befindet, entfernt und die Oberfläche (12) des Substrats (10) dadurch dort freigelegt sowie eine Höhlung (24) zwischen Teilen (26) des niedergeschlagenen monokristallinen Siliciums gebildet wird.
  16. 16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß jede der Höhlungen
    (24) mit einem vorgegebenen Material gefüllt wird.
  17. 17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß eine zweite durchbrochene Maskenschicht (28) auf der Oberfläche der Teile (26) des niedergeschlagenen monokristallinen Siliciums gebildet wird und daß der Zyklus des Niederschlagens und Ätzens gemäß Anspruch 1 so wiederholt wird, daß bei jeder Öffnung in der zweiten Maskenschicht (28) eine Insel (30) aus monokristallinem Silicium entsteht, die sich von der Oberfläche (32) des niedergeschlagenen Teiles (26) aus monokristallinem Silicium eine vorgegebene Strecke über die zweite Maskenschicht (28) erstreckt und diese dort überlappt.
    1
  18. 18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche/ dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus Halbleitermaterial/ inbesondere Silicium besteht.
DE19833300716 1982-01-12 1983-01-11 Verfahren zum bilden von monokristallinem silicium auf einer maskenschicht Granted DE3300716A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US33895882A 1982-01-12 1982-01-12

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE3300716A1 true DE3300716A1 (de) 1983-07-21
DE3300716C2 DE3300716C2 (de) 1993-01-21

Family

ID=23326867

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19833300716 Granted DE3300716A1 (de) 1982-01-12 1983-01-11 Verfahren zum bilden von monokristallinem silicium auf einer maskenschicht

Country Status (8)

Country Link
JP (1) JPS58120595A (de)
DE (1) DE3300716A1 (de)
FR (1) FR2522695B1 (de)
GB (1) GB2113465B (de)
IN (1) IN157312B (de)
IT (1) IT1173651B (de)
SE (1) SE462756B (de)
YU (1) YU6083A (de)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6214424A (ja) * 1985-07-11 1987-01-23 Fujitsu Ltd 半導体装置の製造方法
JP2505754B2 (ja) * 1986-07-11 1996-06-12 キヤノン株式会社 光電変換装置の製造方法
US4829016A (en) * 1987-10-19 1989-05-09 Purdue Research Foundation Bipolar transistor by selective and lateral epitaxial overgrowth
US5403771A (en) * 1990-12-26 1995-04-04 Canon Kabushiki Kaisha Process for producing a solar cell by means of epitaxial growth process
JP3272532B2 (ja) * 1993-12-27 2002-04-08 富士通株式会社 半導体装置の製造方法
JP4832022B2 (ja) * 2005-07-29 2011-12-07 株式会社日立国際電気 基板処理装置
JP2010141079A (ja) * 2008-12-11 2010-06-24 Hitachi Kokusai Electric Inc 半導体装置の製造方法
JP2010147142A (ja) * 2008-12-17 2010-07-01 Hitachi Kokusai Electric Inc 半導体製造方法と装置
US20110272011A1 (en) * 2009-06-05 2011-11-10 Amberwave, Inc. Solar Cell
JP2012054364A (ja) * 2010-08-31 2012-03-15 Nobuyuki Akiyama シリコン薄膜の製造方法、シリコン薄膜太陽電池の製造方法、シリコン薄膜、シリコン薄膜太陽電池
CN115198352B (zh) * 2022-08-24 2024-03-26 西安奕斯伟材料科技股份有限公司 一种外延生长方法及外延晶圆

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3239372A (en) * 1960-01-15 1966-03-08 Siemens Ag Method of producing single crystal silicon
US3746608A (en) * 1963-05-14 1973-07-17 Nitto Boseki Co Ltd Shaped article of synthetic resin having mechanically disordered orientation
US3945864A (en) * 1974-05-28 1976-03-23 Rca Corporation Method of growing thick expitaxial layers of silicon

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2059116C3 (de) * 1970-12-01 1974-11-21 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes
DE3008058A1 (de) * 1980-03-03 1981-09-17 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Verfahren zur herstellung einer monolithisch integrierten halbleiterschaltungsanordnung

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3239372A (en) * 1960-01-15 1966-03-08 Siemens Ag Method of producing single crystal silicon
US3746608A (en) * 1963-05-14 1973-07-17 Nitto Boseki Co Ltd Shaped article of synthetic resin having mechanically disordered orientation
US3945864A (en) * 1974-05-28 1976-03-23 Rca Corporation Method of growing thick expitaxial layers of silicon

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Appl. Phys. Lett., Nr. 5, March 1970, pp. 202-205 *
IEEE Trans. o. El. Dev. ED-18, Nr. 11, Nov. 1971, W.E. Engeler *
Nature, Bd. 195, Aug. 1962, pp. 485-486 *
Solid State Techn., Okt. 1972, pp. 29-34 *

Also Published As

Publication number Publication date
SE462756B (sv) 1990-08-27
IT8319043A0 (it) 1983-01-10
JPH0435439B2 (de) 1992-06-11
FR2522695B1 (fr) 1987-02-27
DE3300716C2 (de) 1993-01-21
YU6083A (en) 1985-10-31
IT1173651B (it) 1987-06-24
FR2522695A1 (fr) 1983-09-09
SE8300040D0 (sv) 1983-01-04
GB2113465B (en) 1986-08-06
GB2113465A (en) 1983-08-03
IN157312B (de) 1986-03-01
JPS58120595A (ja) 1983-07-18
SE8300040L (sv) 1983-07-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10136682B4 (de) Selektives Epitaxieverfahren für Halbleiterbauelemente
DE10137369B4 (de) Halbleitersubstrat, Feldeffekt-Transistor, Verfahren zur Bildung einer SiGe-Schicht und Verfahren zur Bildung einer gespannten Si-Schicht unter Verwendung derselben, und Verfahren zur Herstellung eines Feldeffekt-Transistors
EP0600276B1 (de) Verfahren zur Herstellung eines seitlich begrenzten, einkristallinen Gebietes mittels selektiver Epitaxie und dessen Anwendung zur Herstellung eines Bipolartransistors sowie eines MOS-transistors
EP0809279B1 (de) Verfahren zur Herstellung eines MOS-Transistors
DE3305985A1 (de) Verfahren zum herstellen einer einkristallinen schicht auf einer maske
DE3587377T2 (de) Verfahren zur herstellung von halbleiteranordnungen unter verwendung von silizium-auf- isolator techniken.
EP0000897B1 (de) Verfahren zum Herstellen von lateral isolierten Siliciumbereichen
DE112010000953B4 (de) Verfahren zum Herstellen einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung
DE60004722T2 (de) Verfahren zur Herstellung eines Gruppe III-Nitrid-Verbindungshalbleitersubstrats
DE1544329A1 (de) Verfahren zur Herstellung epitaxialer Schichten bestimmter Form
DE102004010676A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterwafers
EP0013317A2 (de) Verfahren zur Herstellung von Feldeffekttransistoren
DE2555155C2 (de)
DE2030805A1 (de) Verfahren zur Ausbildung epitaxialer Kristalle oder Plattchen in ausgewählten Bereichen von Substraten
DE3300716C2 (de)
DE1564191B2 (de) Verfahren zum herstellen einer integrierten halbleiterschaltung mit verschiedenen, gegeneinander und gegen ein gemeinsames siliziumsubstrat elektrisch isolierten schaltungselementen
DE1965406A1 (de) Monolithische integrierte Schaltungen und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE1769298B2 (de) Verfahren zum epitaktischen Aufwachsen von Silicium oder Germanium auf einer Unterlage aus einkristallinem Saphir
DE3634140C2 (de)
DE112006000558B4 (de) Halbleitervorrichtung, Halbleiterherstellverfahren und Verfahren zur Ausbildung eines schmalen Grabens
DE1814029C3 (de) Verfahren zur Erzeugung einkristalliner und polykristalliner Halbleiterbereiche auf einem inkristallinen Halbleitersubstrat für die Herstellung von Halbleiterbauelementen
DE1248168B (de) Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen
DE4427715C1 (de) Komposit-Struktur mit auf einer Diamantschicht und/oder einer diamantähnlichen Schicht angeordneter Halbleiterschicht sowie ein Verfahren zu deren Herstellung
DE2535813C2 (de) Verfahren zur Herstellung einkristalliner Schichten aus Halbleitermaterial auf einer elektrisch isolierenden Unterlage
DE2154386A1 (de) Verfahren zum Herstellen einer epitaktischen Schicht auf einem Halbleitersubstrat, bei dem das Selbstdotieren beim Aufwachsen der Schicht auf ein Mindestmaß verringert wird

Legal Events

Date Code Title Description
8110 Request for examination paragraph 44
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition