DE1247278B - Verfahren zum Herstellen von einkristallinen Halbleiterkoerpern durch thermische Zersetzung gasfoermiger Verbindungen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

IL. Int. CL:

Deutsche KL:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

25/00

12g*47/32—

1247 278
M54181IVc/12g
8. September 1962
17. August 1967

χ ,

Es ist bekannt, auf Halbleiterunterlagen den gleichen Halbleiterstoff durch Zersetzung einer gasförmigen Verbindung dieses Stoffes und Abscheidung schichtweise aufzubringen. Dabei können sowohl die Unterlage als auch die aufgebrachte Schicht dotiert sein. Insbesondere besteht die Möglichkeit von pn-Übergängen. Im allgemeinen werden Unterlage und abgeschiedene Schichten, die gleiche Kristallstruktur aufweisen einkristallin sein.

Weiterhin sind Transistoren bekannt, die aus einem Halbleiterplättchen hergestellt werden, welches zwei Halbleiterschichten vom gleichen Leitfähigkeitstyp enthält. Die eine dieser Schichten, die den Hauptteil des Plättchens umfaßt, weist eine hohe spezifische Leitfähigkeit, die andere eine niedrige spezifische Leitfähigkeit auf. Diese Schicht ist aus der Gasphase epitaktisch abgeschieden. Von beträchtlicher Bedeutung für die Leistung eines Epitaxialtransistors ist die Größe des spezifischen Widerstandes der epitaktisch abgeschiedenen hochohmigen Schicht. Insbesondere ist es erwünscht, wenn diese Schicht einen mindestens im Bereich von 1 bis 3 Ohm · cm, vorzugsweise von 1 bis 10 Ohm · cm, liegenden spezifischen Widerstand aufweist. Insbesondere empfiehlt sich die Anwendung eines monokristallinen Halbleiterkörpers mit mindestens zwei Halbleiterschichten vom gleichen Leitfähigkeitstyp, von denen die eine durch Abscheidung aus der Gasphase auf eine Unterlage von hoher spezifischer Leitfähigkeit hergestellt ist und selbst einen spezifischen Widerstand im Bereich von etwa 1 bis 10 Ohm · cm hat. Erwünscht ist außerdem, daß die — im allgemeinen extrem dünne — epitaktische Zone von der Dotierung der Unterlage her möglichst wenig beeinflußt ist.

Einkristalline Halbleiterkörper aus mindestens zwei einkristallinen Halbleiterschichten vom gleichen Leitfähigkeitstyp aber unterschiedlichem spezifischem Widerstand können nun durch gleichzeitige thermische Zersetzung einer gasförmigen Verbindung des Halbleiterstoffes und einer gasförmigen Verbindung des Dotierungsstoffes und gleichzeitige Abscheidung von Halbleiterstoff und Dotierungsstoff auf einer dotierten einkristallinen Halbleiterunterlage von hoher Leitfähigkeit, wobei der Leitfähigkeitstyp der gasförmigen Verbindung des Dotierungsstoffes demjenigen der Unterlage entspricht, auf einfache Weise hergestellt werden, wenn erfindungsgemäß vor der Abscheidung des dotierten Halbleiterstoffes Halbleiterstoff ohne Zusatz von Dotierungsstoff in bekannter Weise durch thermische Zersetzung nur der gasförmigen Verbindung des Halbleiterstoffes auf der Unterlage abgeschieden wird.

Verfahren zum Herstellen von einkristallinen
Halbleiterkörpern durch thermische Zersetzung
gasförmiger Verbindungen

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft,
Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:

Edward Christopher Schaarschmidt,

Cranford, N. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 2. Oktober 1961
(141996)

Dieses Verfahren kann unter anderem zum Herstellen einer monokristallinen ρ + p-Struktur, bei der die ρ +-Zone die Unterlage bildet, während die p-Zone durch Abscheidung aus der Gasphase entstanden ist, herangezogen werden. Die p-Zone kann dabei auf einen spezifischen Widerstand im Bereich von 1 bis 10 Ohm · cm dotiert sein.

Der oben verwendete Ausdruck »thermische Zersetzung« bezieht sich allgemein sowohl auf die Wärmespaltung, z. B. die Zersetzung von Siliciumtetrachlorid unter Freisetzung von Siliciumatomen durch alleinige Wärmeeinwirkung, sowie auch auf Hochtemperaturreaktionen, z. B. die Umsetzung

3 SiHCl₃ + H₂ -* 2 Si + SiCl₄ + 5 HCl.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geht man beispielsweise von einer oder mehreren Siliciumscheiben vom ρ + -Typ und einem spezifischen Widerstand von 0,004 Ohm · cm (erzeugt durch entsprechende Dotierung mit Bor), einem Durchmesser von je 6,35 mm und einer Dicke von 0,127 mm aus. Diese Scheiben werden auf einem beheizbaren, aus hitzebeständigem inertem Material bestehenden Träger angeordnet. Durch Beheizung des leitfähigen Trägers auf die erforderliche hohe Temperatur werden die auf ihm angeordneten Siliciuj

709 e

scheiben durch Wärmeleitung ebenfalls erhitzt Der Träger mit den Siliciumscheiben ist innerhalb eines Reaktionsgefäßes angeordnet. Man führt in das Reaktionsgefäß zunächst nur Trichlorsilan und Wasserstoff mit einer Gesamtströmungsgeschwindigkeit von 5,5 l/Min, ein. Der Gasstrom enthält 4 g Trichlorsilan je Minute. Diese Dämpfe zersetzen sich an den erhitzten Siliciumscheiben. Die Abscheidung wird für einen Zeitraum von etwa 40 Sekunden vorgenommen, wobei eine Halbleiterschicht von etwa 1,5 μ Dicke entsteht. Dann wird Bortrichlorid in den Gasstrom in einer Menge von etwa 3,4 · 10~⁶ Boratomen je Millimeter Wasserstoff mit einer Geschwindigkeit von etwa 140 ml/Min, zwecks Abscheidung der eigentlichen p-Zone eingeführt. Es bildet sich hierdurch eine Halbleiterschicht mit einem spezifischen Widerstand voa 2,2 Ohm · cm und einer Dicke von etwa 0,02 mm. Durch geeignete Abänderung der Konzentration der dem Reaktionsgas zugesetzten Dotierungsatome während der zweiten Phase der Abscheidung erhält man Halbleiterschichten mit einem spezifischen Widerstand im Bereich von 1 bis 10 Ohm · cm.

Die Wirkungsweise des erfmdungsgemäßen Verfahrens ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, daß aus dem Substrat Dotierungsatome in die dotierungsfrei abgeschiedene Schicht gelangen und die für diesen Bereich an sich erforderliche Dotierung bilden. Wenn sich dann erst einmal eine «praktische Schicht von verhältnismäßig hohem spezifischem Widerstand auf der Schicht von hoher Leitfähigkeit gebildet hat, gelangen aus den ursprünglichen Scheiben selbst nur 'wenig Dotierungsatome in das weitere epitaktisch abgeschiedene Material. Auf diese Weise gelingt es dann, die gewünschte Schicht von hohem spezifischem Widerstand auf den Substratscheiben zu erzeugen.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von einkristallinen Halbleiterkörpern aus mindestens zwei einkristallinen Halbleiterschichten vom gleichen Leitfähigkeitstyp, aber unterschiedlichem spezifischem Widerstand durch gleichzeitige thermische Zersetzung einer gasförmigen Verbindung des Halbleiterstoffes und einer gasförmigen Verbindung eines Dotierungsstoffes und gleichzeitige Abscheidung von Halbleiterstoff und Dotierungsstoff auf einer dotierten einkristallinen Halbleiterunterlage von hoher Leitfähigkeit, wobei der Leitfähigkeitstyp der gasförmigen Verbindung des Dotierstoffes demjenigen der Unterlage entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß vor u&c Abscheidung des dotierten Halbleiterstoffes Halbleiterstoff ohne Zusatz von Dotierungsstoffen in bekannter Weise durch thermische Zersetzung nur der gasförmigen Verbindung des Halbleiterstoifes auf der Unterlage abgeschieden wird.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ohne Zusatz von Dotierungsstoff zum Reaktionsgas abgeschiedene Halbleiterschicht auf eine Dicke von 1,5 μ eingestellt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
deutsche Patentschriften Nr. 865 l'6O, 883784,
756;

deutsche Auslegeschrift Nr. 1Ό87425';
USA-Patentschrift Nr. 2 8Ö2 759.

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