WO2014037212A1 - Verfahren zur abscheidung von siliciumschichten - Google Patents
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/24—Deposition of silicon only
Definitions
- the present invention relates to a process for the separation of Ab ⁇ silicon layers.
- Methods are known in which SiCl 4 , SiHCl 3,
- a particular advantage of chemical vapor deposition is that very pure layers can be produced.
- the composition of the layers can be changed by metered addition of additives in a very wide range.
- a typical example is the deposition of do ⁇ oriented silicon layers.
- the variation of the typical process parameters makes it possible to change the structure of the Si licium Anlagenen, so that amorphous, polycrystalline or crystalline layers can be deposited.
- a quasi one-dimensional semiconductor crystal is produced under strongly anisotropic growth conditions by using a metallic catalyst, which may also contain p / n transitions by suitable doping after or during growth.
- the metallic catalyst usually forms a liquid eutectic with silicon, on the surface of which the silicon-containing precursor decomposes, the silicon liberates and dissolves again in crystalline form on the silicon nanowire.
- solid silicon metal alloys can also be used for this purpose. Disadvantages of these processes are the trace contaminants due to the metallic catalyst, which generally interfere with the use in the electronics sector. Furthermore, uncatalyzed deposition occurs, which leads to the formation of unwanted dusts and deposits.
- the present invention has for its object to provide a method for a particularly efficient and cost-effective production of silicon layers available, by which the thermal stress of the substrates due to shortened periods of growth and / or reduced process Tempe ⁇ temperature can be reduced.
- CVD in the process according to the invention is understood as a deposition of silicon layers from the gas phase on the basis of a chemical reaction.
- the halosilane of the general empirical formulas Si n X 2 n and / or Si n X (2n + 2), are thereby transferred prior to the deposition of the silicon ⁇ layers in the gas phase.
- This can ge ⁇ Schehen that the halosilane temperature to a temperature-brought below its decomposition temperature and be vaporized with it, for example, a maximum temperature of 200 ° C to 300 ° C.
- the decomposition to silicon can then take place both in the gas phase and on the substrate.
- halosilane compounds preferably chlorosilane compounds with X equal to Cl.
- fluorosilane compounds or bromosilane compounds with X equal to F or Br or mixtures of the fluorosilane compounds, bromosilane compounds and the chlorosilane compounds with one another can also be used as halosilane compounds.
- the halosilane compounds used are compounds with n ⁇ 20, preferably n ⁇ 10, more preferably n equal to 3 to 6, and n equal to 3 to 5.
- chlorosilane precursors such as S 1 3 CI 8 and S 1 4 CI 10 can be used.
- At least one carrier gas may be present which promotes the transition of the higher molecular weight halosilane compounds into the gas phase.
- the carrier gas may be, for example, a gaseous reducing agent such as hydrogen and / or an inert gas, such as a noble gas.
- the carrier gas may in a molar ratio of more than 1: 1 to 80: 1, especially 10: 1 to 60: 1, more preferably 30: 1 to 50: 1 with respect to the precursor inserted ⁇ sets are.
- the halosilane compound with n in order to support the evaporation of the higher molecular weight halosilane compounds with n> 3 but also the halosilane compound with n equal to 3 under reduced pressure compared to standard pressure (1013 hPa) can be used.
- the pressures may be in the range of 0.1 to 100 hPa, preferably in the range of 1 to 10 hPa.
- novel precursors or combinations of precursors are used. These make the method described particularly advantageous by the possible reduction of the typical for the known processes of this type deposition temperatures while maintaining the typical for the known processes of this kind Abscheideraten. This may be due to the Prekursoren invention and the chemical vapor deposition process at reduced deposition temperatures on the substrate of below 900 ° C, preferably below 800 ° C the case.
- a further embodiment of a method according to the invention makes it possible to increase the deposition rates in comparison with the known CVD methods for the production of silicon layers. Because of these advantages, the described novel process is of particular importance in industrial implementation in the electronics and semiconductor industries. Expected are shortening of production cycles and thus reduction of production costs.
- the silicon layers are deposited in particular on a substrate whose surface is semiconducting. of (for example, Si, Ge or III / V or II / VI semiconductors) and / or dielectric (eg glass, silica glass, Si3N4, SiC,) and / or metallic (for example, Al, Au), and / or polymeric Ma ⁇ TERIAL (eg plastics).
- the Silici- 5 may switch on a substrate surface to be deposited, with mono- and / or multi-layered micro-structures, which is preferably the structure of electronic components such as locking ⁇ layers for diodes and / or transistors, particularly preferably serve to build integrated circuits, verses ⁇ if) hen is.
- silicon layers having a crystalline, sn epitaxial, polycrystalline, microcrystalline, amorphous structure and / or amorphous structure with nanocrystalline portions can be produced.
- the silicon layers may in particular epitaxially, thus with the same crystallographic orientation as the substrate, from the gas phase on the substrate deposited ⁇ the.
- 25 reactor wall is less than 50 Kelvin, in particular less than 20 Kel ⁇ vin, continue to be less than or equal to 10 Kelvin.
- both low-pressure reactors and normal-pressure reactors and, furthermore, both low-temperature reactors and high-temperature reactors can be used.
- the chemical vapor phase process is carried out at a temperature of 250 ° C to 1200 ° C, in particular 600 ° C to 1000 ° C, preferably 650 ° C to 850 ° C.
- the precursors used according to the invention lead to higher growth rates, without negatively influencing the uniformity of the layers, than the known precursors. Even an increased accumulation of unwanted silicon dust could not be observed at the relevant process temperatures in the reactor. These are amazing and very important for the technical application results that could be expected from the experts not readily ⁇ th.
- the silicon layers are preferably obtained by thermal decomposition of the precursors from the gas phase.
- hydrogen and / or another gaseous reducing agent can be used.
- the further gaseous reducing agent may for example be an alkane, such as. For example, CH 4 or C2H 6 , which can split off when heated hydrogen, which can serve as a reducing agent.
- the carbon of alkanes can also serve as a dopant to the raised stabili ⁇ hung the band gap of the silicon layers.
- at least one further precursor may be additionally used, which is selected from halosilane compounds of the general formula Si n 2n and / or
- halogen X may in particular be Cl, Br and / or F.
- the halogen X may in particular be Cl, Br and / or F.
- the parameter x may be equal to 1.
- the silicon layers are preferably deposited at atmospheric pressure or higher pressure. In another embodiment, the silicon layers are deposited at a pressure below atmospheric pressure, in particular below 100 hPa to high vacuum.
- silicon layers are applied to substrates, which are brought to an elevated temperature in the range between 250 ° C to 1200 ° C.
- the substrates can be heated to temperatures which are above the decomposition temperature of the halosilane compounds, so that particular ders simply by thermal decomposition of these compounds, the silicon layers are formed.
- the silicon layers are applied to substrates which are subjected, before the deposition process of a chemical treatmen ⁇ development / cleaning in the reactor.
- the silicon layers are to substrates coated whose Substratoberflä ⁇ che, before the deposition process ⁇ selected from elements and / or compounds of elements of main group III and V, more particularly boron and phosphorus do ⁇ advantage is with a dopant, to influence the band gap and the electronic properties of the silicon layers formed.
- doped Si layers can be deposited by admixture during the deposition process of a dopant selected from elements and / or element compounds of the main groups III and V, in particular boron and phosphorus.
- the deposition of Si layers can be carried out under Ab- Essence of metal catalysts, in particular Au, Al, Pt, Fe, Ti, Ga, Ni, Sn or In done. Such a method is particularly easy to perform and advantageously avoids contamination by the metal catalyst.
- the growth rate remains isotropic during the entire deposition duration of the Si layers, so that Si layers are formed via CVD which have similar vertical and lateral dimensions (ratio of vertical to lateral layer extent less than 2). This can be achieved in particular in that no Me ⁇ metal catalysts are present during the novel process, favoring the formation of Si films selectively only on the metal catalysts covered with the areas of the substrate.
- the Si layers are deposited on nano- and / or microstructures, wherein the growing Si layers retain these predetermined nano- and / or microstructures during their own growth.
- These nano- and / or microstructures may be in particular semiconductor structures of z.
- the deposition of Si layers no independent formation of nano and / or microstructures with a ratio of vertical to the lateral layer extent greater than two, preferably greater than 1 generated.
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Abstract
Eine Ausführungsform der Erfindung gibt ein Verfahren zur Abscheidung von Si-Schichten auf Substraten an, wobei aus mindestens einem Prekursor, welcher ausgewählt ist aus Halogensilanverbindungen der allgemeinen Summenformeln SinX2n und/oder SinX(2n+2), wobei X ein Halogen ist und n gleich drei oder größer ist, in einem chemischen Gasphasenprozess Siliciumschichten auf einem Substrat abgeschieden werden.
Description
Verfahren zur Abscheidung von Siliciumschichten
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ab¬ scheidung von Siliciumschichten. Bekannt sind Verfahren, bei denen aus SiCl4, SiHCl3,
S1H2CI2, SiH4 im CVD Verfahren ohne oder mit einer Beimi¬ schung von Wasserstoff Siliciumschichten abgeschieden werden. So werden z.B. in der Europäischen Patentanmeldung EP 0 259 759 A2 (Anmeldetag: 01.09.1987) von IBM Verbesserun- gen der konventionellen Si CVD Abscheidung mit den oben erwähnten Prekursoren beansprucht, wobei im Schwerpunkt der Neuerungen die Prozessparameter, insbesondere die Variatio¬ nen des Prozessdruckes, liegen.
Neueste Ergebnisse in der letzten Dekade beweisen die Vor- teile der Abscheidung von Siliciumschichten aus HCDS
(Si2Cl6) . So z.B. in WO 2005036593 A2 wird die CVD Abschei¬ dung von Si-haltigen Schichten aus HCDS beschrieben. Es werden die Vorteile bei der Verwendung von HCDS im Vergleich zu den konventionellen Prekursoren betont. Insbeson- dere wird die Erhöhung der Abscheiderate bzw. die Reduzie¬ rung der Substrattemperatur als positives Ergebnis genannt.
Ein besonderer Vorteil der chemischen Gasphasenabscheidung ist, dass sehr reine Schichten erzeugt werden können. Die Zusammensetzung der Schichten kann durch dosierte Zugabe von Additivstoffen in einem sehr weiten Bereich geändert werden. Ein typisches Beispiel ist die Abscheidung von do¬ tierten Siliciumschichten. Die Variation der typischen Prozessparameter ermöglicht die Änderung der Struktur der Si-
liciumschichten, so dass amorphe, polykristalline oder kristalline Schichten abgeschieden werden können.
Der Trend der Miniaturisierung der Strukturen in der modernen Halbleiter- und Mikroelektroniktechnologie erhöht die Anforderungen an die technologischen Prozesse. In den einzelnen Prozessschritten ist deutlich ein Bestreben nach Reduzierung der Prozesstemperatur und somit die Reduzierung der Temperaturbelastung der zu beschichtenden Substrate zu erkennen . Ein anderer Weg zur Miniaturierung von Halbleiterübergängen wird in den relativ jungen Verfahren zum Wachstum von Si- Nanodrähten beschritten (WO 2011/138418). Hierzu wird ein quasi eindimensionaler Halbleiterkristall unter stark anisotropen Wachstumsbedingungen durch Verwendung eines metallischen Katalysators erzeugt, welcher durch geeignete Dotierung nach oder während des Wachstums auch p/n- Übergänge beinhalten kann. Der metallische Katalysator bildet meist ein flüssiges Eutektikum mit Silicium, an dessen Oberfläche sich der Silicium-haltige Precursor zersetzt, sich das freiwerdende Silicium löst und auf dem Siliciumna- nodraht kristallin wieder abscheidet. Teilweise können hierzu auch feste Silicium-Metallegierungen verwendet werden. Nachteilig bei diesen Verfahren sind die Spurenverunreinigungen durch den metallischen Katalysator, welche die Verwendung im Elektronikbereich im Allgemeinen stören. Weiterhin tritt auch unkatalysierte Abscheidung auf, welche zur Bildung von unerwünschten Stäuben und Ablagerungen führt .
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur besonders effizienten und kostengünstigen Herstellung von Siliciumschichten zur Verfügung zu stellen, mit welchem die Temperaturbelastung der Substrate durch verkürzte Wachstumszeiten und/oder reduzierte Prozesstempe¬ ratur verringert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren ge¬ mäß Patentanspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausfüh¬ rungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand weiterer abhängiger Ansprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden aus mindestens einem Prekursor oder aus Mischungen verschiedenster Prekur- soren, die ausgewählt sind aus Halogensilanverbindungen der allgemeinen Summenformeln Sin 2n und/oder SinX(2n+2), wobei X gleich Halogen und n gleich 3 oder größer ist, in einem chemischen Gasphasenprozess (chemische Gasphasenabscheidung = Chemical Vapor Deposition (CVD) ) Siliciumschichten auf einem Substrat abgeschieden. Dabei können auch Mischungen von Halogensilanverbindungen mit verschiedenen Halogenen X sowie Halogensilanverbindungen unterschiedlicher Struktur und Kettenlänge verwendet werden.
Unter CVD wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Ab- scheidung von Siliciumschichten aus der Gasphase aufgrund einer chemischen Reaktion verstanden. Die Halogensilanverbindungen der allgemeinen Summenformeln SinX2n und/oder SinX(2n+2), werden dabei vor der Abscheidung der Silicium¬ schichten in die Gasphase überführt. Dies kann dadurch ge¬ schehen, dass die Halogensilanverbindungen auf eine Tempe- ratur unterhalb ihrer Zersetzungstemperatur gebracht und
damit verdampft werden, beispielsweise eine Temperatur von maximal 200°C bis 300°C. Die Zersetzung zu Silicium kann dann sowohl in der Gasphase, als auch auf dem Substrat erfolgen .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können als Halogensilanverbindungen bevorzugt Chlorsilanverbindungen mit X gleich Cl verwendet werden. Weiterhin können als Halogensilanverbindungen auch Fluor- silanverbindungen oder Bromsilanverbindungen mit X gleich F oder Br oder Mischungen der Fluorsilanverbindungen, Bromsilanverbindungen sowie der Chlorsilanverbindungen untereinander verwendet werden. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Halogensilanverbindungen Verbindungen mit n < 20, bevorzugt n < 10, weiter bevorzugt n gleich 3 bis 6, und n gleich 3 bis 5 verwendet werden. Beispielsweise können Chlorsilan-Prekursoren, wie S 13CI 8 und S 14CI 10 verwendet werden.
Bei höhermolekularen Halogensilanverbindungen mit n > 3 kann vorteilhafterweise zumindest ein Trägergas vorhanden sein, das den Übergang der höhermolekularen Halogensilan- Verbindungen in die Gasphase begünstigt. Das Trägergas kann dabei beispielsweise ein gasförmiges Reduktionsmittel wie Wasserstoff und/oder ein Inertgas, wie zum Beispiel ein Edelgas sein. Das Trägergas kann in einem Molverhältnis von mehr als 1:1 bis 80:1, insbesondere 10:1 bis 60:1, weiter bevorzugt 30:1 bis 50:1 im Bezug auf den Prekursor einge¬ setzt werden.
Weiterhin kann zur Unterstützung der Verdampfung der höhermolekularen Halogensilanverbindungen mit n > 3 aber auch der Halogensilanverbindung mit n gleich 3 unter gegenüber Standarddruck (1013 hPa) reduzierten Drücken gearbeitet werden. Die Drücke können im Bereich von 0,1 bis 100 hPa, bevorzugt im Bereich von 1 bis 10 hPa liegen.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden neuartige Prekursoren oder Kombinationen von Prekursoren verwendet. Diese machen das beschriebene Verfahren besonders vorteilhaft durch die mögliche Reduzierung der für die bekannten Prozesse dieser Art typischen Abscheidetemperaturen bei Einhaltung der für die bekannten Prozesse dieser Art typischen Abscheideraten. Dies kann aufgrund der erfindungsgemäßen Prekursoren und dem chemischen Gasphasen- abscheidungsprozess bei reduzierten Abscheidetemperaturen am Substrat von unter 900°C, bevorzugt unter 800°C der Fall sein . Eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht eine Erhöhung der Abscheideraten im Vergleich zu den bekannten CVD Verfahren zur Herstellung von Siliciumschichten . Aufgrund dieser Vorteile ist der beschriebene neuartige Prozess von besonderer Bedeutung bei einer industriellen Umsetzung in der Elektronik- und Halbleiterindustrie. Zu erwarten sind Verkürzungen von Produktionszyklen und somit Reduzierung der Produktionskosten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Siliciumschichten insbesondere auf einem Substrat abgeschieden, dessen Oberfläche halbleiten-
des (z.B. Si, Ge oder auch III/V- oder II/VI-Halbleiter) und/oder dielektrisches (z.B. Glas, Quarzglas, Si3N4, SiC) und/oder metallisches (z.B. AI, Au) und/oder polymeres Ma¬ terial (z.B. Kunststoffe) umfasst. Auch können die Silici- 5 umschichten auf einer Substratoberfläche abgeschieden werden, die mit ein- und/oder mehrlagigen Mikrostrukturen, die bevorzugt dem Aufbau elektronischer Bauteile wie Sperr¬ schichten für Dioden und/oder Transistoren, besonders bevorzugt dem Aufbau integrierter Schaltkreise dienen, verse¬ if) hen ist.
Erfindungsgemäß können Siliciumschichten mit einer kristallinen, s.n. epitaktischen, polykristallinen, mikrokristallinen, amorphen Struktur und/oder amorphen Struktur mit na- 15 nokristallinen Anteilen hergestellt werden. Dabei können die Siliciumschichten insbesondere epitaktisch, also mit der gleichen kristallographischen Orientierung wie das Substrat, aus der Gasphase auf dem Substrat abgeschieden wer¬ den .
20 Hierbei kann das erfindungsgemäße Verfahren sowohl in Kalt¬ wandreaktoren mit Substratheizung (TSubstrat größer als TRe- aktorwand) als auch in Heißwandreaktoren (TSubstrat ungefähr gleich TReaktorwand) angewendet werden, wobei bei den Heißwan¬ dreaktoren die Temperaturdifferenz zwischen Substrat und
25 Reaktorwand kleiner 50 Kelvin, insbesondere kleiner 20 Kel¬ vin, weiterhin kleiner oder gleich 10 Kelvin betragen kann. Gleichermaßen können sowohl Niederdruckreaktoren als auch Normaldruckreaktoren und weiterhin sowohl Niedertemperaturreaktoren als auch Hochtemperaturreaktoren eingesetzt wer-
30 den. Hierbei können überdies verschiedene Reaktorkonstruktionen verwendet werden, bei denen z.B. das frische Reakti-
onsgasgemisch entweder senkrecht oder parallel zur Substratoberfläche gerichtet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der chemische Gasphasenprozess bei einer Temperatur von 250°C bis 1.200°C, insbesondere 600°C bis 1000°C, bevorzugt 650°C bis 850°C durchgeführt. Diese Tem¬ peraturbereiche entsprechen der Temperatur des Gasvolumens und des Substrats bei Heißwandreaktoren und bei Kaltwandre- aktoren nur der Temperatur des Substrats.
Überraschenderweise führen die erfindungsgemäß verwendeten Prekursoren trotz ihrer geringeren thermischen Stabilität zu höheren Wachstumsraten, ohne die Gleichförmigkeit der Schichten negativ zu beeinflussen, als die bekannten Prekursoren. Auch ein erhöhter Anfall von unerwünschtem Sili- ciumstaub konnte bei den relevanten Prozesstemperaturen im Reaktor nicht beobachtet werden. Dies sind erstaunliche und für die technische Anwendung sehr wichtige Resultate, die von der Fachwelt nicht ohne Weiteres erwartet werden konn¬ ten .
Die Siliciumschichten werden vorzugsweise durch thermische Zersetzung der Prekursoren aus der Gasphase erhalten. Zu- sätzlich kann Wasserstoff und/oder ein weiteres gasförmiges Reduktionsmittel verwendet werden. Das weitere gasförmige Reduktionsmittel kann beispielsweise ein Alkan, wie z. B. CH4 oder C2H6 sein, das bei Erhitzung Wasserstoff abspalten kann, der als Reduktionsmittel dienen kann. Weiterhin kann der Kohlenstoff der Alkane auch als Dotierstoff zur Erhö¬ hung der Bandlücke der Siliciumschichten dienen.
Ferner kann zusätzlich mindestens ein weiterer Prekursor verwendet werden, welcher ausgewählt ist aus Halogensilan- verbindungen der allgemeinen Formel Sin 2n und/oder
SinX(2n+2) , wobei X gleich Halogen und n gleich 1 bis 2 ist. Das Halogen X kann insbesondere Cl, Br und/oder F sein.
Bei einer anderen Ausführungsform wird zusätzlich mindestens ein weiterer Prekursor verwendet, welcher ausgewählt ist aus zumindest teilhydrierten Silanverbindungen der allgemeinen Summenformel SinHxXy, wobei X gleich Halogen und x + y = 2n, n = 1 bis 10 und x > 0 ist und/oder x + y = 2n + 2, n = 1 bis 10 und x > 0 ist. Das Halogen X kann insbesondere Cl, Br und/oder F sein. Bevorzugt kann der Parameter x gleich 1 sein.
Vorzugsweise wird zusätzlich mindestens ein Trägergas im Prozess verwendet. Die Siliciumschichten werden vorzugsweise bei Atmosphärendruck oder höherem Druck abgeschieden. Bei einer anderen Ausführungsform werden die Siliciumschichten bei einem Druck unterhalb von Atmosphärendruck, insbesondere unter 100 hPa bis Hochvakuum, abgeschieden.
In Weiterbildung einer Ausführungsform der Erfindung werden Siliciumschichten auf Substrate aufgebracht, die auf eine erhöhte Temperatur im Bereich zwischen 250 °C bis 1.200 °C gebracht werden. Insbesondere können die Substrate auf Tem- peraturen erhitzt werden, die oberhalb der Zersetzungstemperatur der Halogensilanverbindungen liegen, so dass beson-
ders einfach durch thermische Zersetzung dieser Verbindungen die Siliciumschichten gebildet werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden die Siliciumschichten auf Substrate aufgebracht, die vor dem Abscheidungsprozess einer chemischen Behand¬ lung/Reinigung im Reaktor unterzogen werden.
Bei noch einer anderen Ausführungsform werden die Silicium- schichten auf Substrate aufgebracht, deren Substratoberflä¬ che vor dem Abscheidungsprozess mit einem Dotierstoff, aus¬ gewählt aus Elementen und/oder Elementverbindungen der Hauptgruppe III und V, insbesondere Bor und Phosphor, do¬ tiert wird, um die Bandlücke und die elektronischen Eigen- schaffen der gebildeten Siliciumschichten zu beeinflussen.
Auch können dotierte Si-Schichten durch Beimischung während des Abscheidungsprozesses von einem Dotierstoff, ausgewählt aus Elementen und/oder Elementverbindungen der Hauptgruppen III und V, insbesondere Bor und Phosphor, abgeschieden werden .
Bei noch einer anderen Ausführungsform wird nach dem Aufbringen der Siliciumschichten eine thermische Nachbehand- lung derselben, insbesondere in einem Temperaturbereich von 600-1.400 °C, durchgeführt. Hierdurch werden eine Reduzie¬ rung des Halogengehaltes und/oder eine Erhöhung der Kris- tallinität der gebildeten Siliciumschichten erreicht. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Abscheidung von Si-Schichten unter Ab-
Wesenheit von Metallkatalysatoren, insbesondere Au, AI, Pt, Fe, Ti, Ga, Ni, Sn oder In erfolgen. Ein derartiges Verfahren ist besonders einfach durchzuführen und vermeidet mit Vorteil Verunreinigungen durch den Metallkatalysator.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bleibt die Wachstumsrate während der gesamten Depositionsdauer der Si-Schichten isotrop, so dass Si- Schichten über CVD gebildet werden, die ähnliche vertikale und laterale Ausdehnungen aufweisen (Verhältnis vertikaler zu lateraler Schichtausdehnung kleiner als 2) . Dies kann insbesondere dadurch bewerkstelligt werden, dass keine Me¬ tallkatalysatoren während des erfindungsgemäßen Verfahrens anwesend sind, die die Bildung von Si-Schichten selektiv nur auf den mit den Metallkatalysatoren bedeckten Bereichen des Substrats begünstigen.
Gemäß einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Si-Schichten auf Nano- und/oder Mikrostrukturen abgeschieden, wobei die aufwachsenden Si-Schichten diese vorgegebenen Nano- und/oder Mikrostrukturen während ihres eigenen Wachstums beibehalten. Bei diesen Nano- und/oder Mikrostrukturen kann es sich insbesondere um Halbleiterstrukturen aus z. B. Si oder anderen Halbmetallen handeln Alternativ zu dem oben beschrieben Verfahren können aber auch großflächige Si-Schichten abgeschieden werden, wobei die Deposition der Si-Schichten keine eigenständige Bildung von Nano- und/oder Mikrostrukturen mit einem Verhältnis der
vertikalen zur lateralen Schichtausdehnung größer als zwei, bevorzugt größer als 1, generiert.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Er- findung jedes neue Merkmal, die wie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Pa¬ tentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Claims
Verfahren zur Abscheidung von Si-Schichten auf Substraten, wobei aus mindestens einem Prekursor, welcher ausgewählt ist aus Halogensilanverbindungen der allgemeinen Summenformeln Sin 2n und/oder SinX(2n+2) , wobei X ein Halogen ist und n gleich drei oder größer ist, in einem chemischen Gasphasenprozess Siliciumschich- ten auf einem Substrat abgeschieden werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Halogensilanverbindungen Chlorsilanverbindungen mit X gleich Cl verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Halogensilanverbindungen Fluorsilanverbin- dungen oder Bromsilanverbindungen mit X gleich F oder Br oder Mischungen der Fluorsilanverbindungen und Bromsilanverbindungen verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Halogensilanverbindungen Verbindungen mit n < 20, bevorzugt n < 10, weiter bevorzugt n gleich 3 bis 6, verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Halogensilanverbindungen vor der Abscheidung der Siliciumschichten in die Gasphase überführt werden .
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei ein Trägergas vorhanden ist, das den Übergang der Halogensilanverbindungen in die Gasphase unterstützt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Siliciumschichten durch thermische Zerset¬ zung der Prekursoren aus der Gasphase erhalten werden .
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der chemische Gasphasenprozess bei einer Tempe¬ ratur von 250°C bis 1.200°C, insbesondere 600°C bis 1000°C, bevorzugt 650°C bis 850°C durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zusätzlich Wasserstoff und/oder ein weiteres gasförmiges Reduktionsmittel verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zusätzlich mindestens ein weiterer Prekursor verwendet wird, welcher ausgewählt ist aus Halogen¬ silanverbindungen der allgemeinen Formeln Sin 2n und/oder SinX(2n+2) , wobei X gleich Halogen und n gleich 1 bis 2 ist.
11. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei als Halogensilanverbindungen Chlorsilanverbindungen mit X gleich Cl verwendet werden.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zusätzlich mindestens ein weiterer Prekursor verwendet wird, welcher ausgewählt ist aus Silanver- bindungen der allgemeinen Summenformel SinHxXy, wobei X gleich Halogen ist und x + y gleich 2n, n gleich 1 bis 10, und x größer 0 ist, und/oder x + y gleich 2n+2, n gleich 1 bis 10 und x größer 0 ist.
13 Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei als Silanverbindungen Chlorsilanverbindungen mit X gleich Cl verwendet werden.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4 und 7 bis 13, wobei zusätzlich mindestens ein
Trägergas im Prozess verwendet wird.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Siliciumschichten auf einem Substrat abge¬ schieden werden, dessen Oberfläche halbleitendes und/oder dielektrisches und/oder metallisches
und/oder polymeres Material umfasst.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Siliciumschichten auf einer Substratoberfläche, die mit ein- und/oder mehrlagigen Mikrostruk- turen versehen ist, abgeschieden werden.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Siliciumschichten mit einer kristallinen, s.n. epitaktischen, polykristallinen, mikrokristallinen, amorphen Struktur und/oder amorphen Struktur mit na- nokristallinen Anteilen hergestellt werden.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Siliciumschichten bei Atmosphärendruck oder höherem Druck abgeschieden werden.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die Siliciumschichten bei einem Druck unterhalb von
Atmosphärendruck, insbesondere unter 100 hPa bis Hochvakuum, abgeschieden werden.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Siliciumschichten auf Substrate aufgebracht werden, die auf eine erhöhte Temperatur im Bereich zwischen 250°C bis 1.200°C gebracht werden.
21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Siliciumschichten auf Substrate aufgebracht werden, die vor dem Abscheidungsprozess einer chemischen Behandlung/Reinigung im Reaktor unterzogen werden .
22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Siliciumschichten auf Substrate aufgebracht werden, deren Substratoberfläche vor dem Abschei¬ dungsprozess mit einem Dotierstoff, ausgewählt aus Elementen und/oder Elementverbindungen der Hauptgruppen III und V, insbesondere Bor und Phosphor, dotiert wird .
23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dotierte Si-Schichten durch Beimischung während des Abscheidungsprozesses von einem Dotierstoff, aus- gewählt aus Elementen und/oder Elementverbindungen der Hauptgruppen III und V, insbesondere Bor und Phosphor, abgeschieden werden.
24. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei nach dem Aufbringen der Siliciumschichten eine thermische Nachbehandlung derselben, insbesondere in einem Temperaturbereich von 600-1.400 °C, bevorzugt 700°C bis 1300°C, besonders bevorzugt 800°C bis
1200°C, insbesondere 900°C bis 1100°C durchgeführt wird .
25. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Si-Schichten unter Abwesenheit von Metallka¬ talysatoren auf den Substraten abgeschieden werden.
26. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Wachstumsrate während der gesamten Depositi- onsdauer der Si-Schichten isotrop bleibt.
27. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Si-Schichten auf Nano- und/oder Mikrostruktu¬ ren abgeschieden werden, wobei die aufwachsenden Si- Schichten die vorgegebenen Strukturen während ihres eigenen Wachstums beibehalten.
28. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Deposition der Si-Schichten keine eigenständige Bildung von Nano- und/oder Mikrostrukturen mit einem Verhältnis der vertikalen zur lateralen Schichtausdehnung größer als zwei, bevorzugt größer als 1, generiert .
29. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem sich das Verhältnis der vertikalen zur lateralen Schichtausdehnung der zu Beginn der Deposition entstandenen Nanostrukturen im Laufe des weiteren Wachstums auf kleiner als zwei reduziert.
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