DE1262243B - Verfahren zum epitaktischen Aufwachsen von Halbleitermaterial - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

int. Cl.:

BOIj

Deutsche Kl.: 12 g -17/32

Nummer: 1 262 243

Aktenzeichen: J 25479IV c/12 g

Anmeldetag: 18. März 1964

Auslegetag: 7. März 1968

Bei der Herstellung von Halbleiterelementen ist es bekannt, dünne einkristalline Schichten durch epitaktisches Aufwachsen mittels Gastransport auf bestimmte Elemente oder vorgegebene Flächenbereiche dieser Elemente aufzubringen. Zu diesem Zweck sind im allgemeinen ein oder mehrere, vorzugsweise röhrenförmige Behälter vorgesehen, in denen die einzelnen zu transportierenden Substanzen untergebracht sind.

Diese Substanzen werden durch geeignete Mittel auf die erforderlichen Temperaturen gebracht und durch geeignete Gasströme, die in der Regel eine bestimmte Zusammensetzung, einen bestimmten Druck, eine bestimmte Temperatur und eine bestimmte Strömungsgeschwindigkeit haben müssen, in den für die Beschichtung vorgesehenen Raum transportiert. Das zu beschichtende Element wird zunächst poliert und sorgfältig gereinigt und dann auf die für den Beschichtungsvorgang erforderliche Temperatur gebracht. Erst nach der genauen Einstellung aller aufgezählten Parameter wird das zu beschichtende Element, im allgemeinen durch mechanische Mittel, in den zur Beschichtung vorgesehenen Raum gebracht. Dieses Verfahren ist sehr umständlich, zeitraubend, erfordert große Geschicklichkeit und birgt zudem eine Reihe von nicht kontrollierbaren Fehlerquellen, die die Reproduzierbarkeit der einzelnen Proben in Frage stellen.

In der deutschen Patentschrift 865 160 wird ein Verfahren zur Erzeugung einer Germaniumschicht auf einem Germaniumkörper angegeben, bei dem über den in einer Kammer angebrachten Körper ein Germaniumhalogenid in Gasform geleitet wird, wobei die Kammer nebst Inhalt derart erhitzt wird, daß eine thermische Zersetzung des Halogenids stattfindet. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß die zur Durchführung eines einwandfreien Aufwachsens erforderlichen Parameter, wie Temperatur der Jodquelle, Temperatur der Germaniumquelle, Temperatur und Strömungsgeschwindigkeit der Transportgase und die Temperatur der zu beschichtenden Plättchen, nicht vor Beginn des Aufwachsprozesses eingestellt werden können, so daß besonders beim Aufwachsen der besonders kritischen untersten Bereiche der aufgewachsenen Schichten Störungen nicht mit Sicherheit zu vermeiden sind.

Das gleiche trifft für das in der deutschen Patentschrift 950 848 angegebene Verfahren zu, bei dem ein gegebenenfalls vorgereinigtes Silicium unter der Einwirkung von Siliciumtetrajodid bei einem Druck oberhalb etwa 65 mm Hg zwischen 1000° C und dem Schmelzpunkt des Siliciums verflüchtigt und bei er-Verfahren zum epitaktischen Aufwachsen
von Halbleitermaterial

Anmelder:

IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen

Gesellschaft m. b. H.,

7032 Sindelfingen, Tübinger Allee 49

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Phys. Günter Hellbardt, 7030 Böblingen

niedrigter Temperatur als reines Silicium abgeschieden wird.

Auch bei den in der deutschen Patentschrift

ao 1102 117 und in der Literaturstelle »Electronics«, 18. Mai 1962, angegebenen Verfahren, bei denen die aufzuwachsenden Substanzen durch Transportgase in ein Reaktionsgefäß eingeführt werden, sind die obengenannten Nachteile nicht zu vermeiden.

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, bei epitaktischen Aufwachsvorgängen vor Beginn des eigentlichen Aufwachsens alle am Verfahren beteiligten Parameter, wie Temperatur des Quellmaterials, Temperatur der zu beschichtenden Unterlagen, Temperatur, Druck und Geschwindigkeit der Transportgase usw., einzustellen. Darüber hinaus sollen in den verschiedenen Leitungen für die Transport- und Reinigungsgase keinerlei mechanische Steuer- oder Umlenkelemente, wie Ventile, Klappen oder Leitbleche, untergebracht sein, da durch die mit der Betätigung dieser Elemente verbundene Bewegung oder Reibung Verunreinigungen in die einzelnen Gasströme gelangen können.

Dieses Ziel kann bei einem Verfahren zum epitaktischen Aufwachsen von Halbleitermaterial auf einen Keimkristall, der sich in einem Behälter befindet, durch Transportreaktion, wobei in einem außerhalb des Behälters gelegenen Raum (oder Räumen) aus

■ einem Vorrat aus dem abzuscheidenden Halbleitermaterial (oder aus Halbleitermaterialien) und einem Transportgas (oder Transportgasen) durch Reaktion ein Reaktionsgas (oder Reaktionsgase) gebildet, dieses über den Keimkristall geführt und dabei dort das Halbleitermaterial niedergeschlagen wird, erreicht werden, wenn erfindungsgemäß der Behälter während der Einstellung der für den Aufwachsvorgang erforderlichen Parameter, wie der Temperaturen des

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Keimkristalls und des Vorrates, der Zusammensetzung von Transport- und Reaktionsgas, ihren Temperaturen, Strömungsgeschwindigkeiten und Drücken, von einem Schutzgasstrom so durchsetzt wird, daß der Eintritt des Reaktionsgases in den Behälter wenigstens teilweise verhindert wird, und daß nach Einstellung der Parameter der Schutzgasstrom so abgeschaltet oder so abgeschwächt wird, daß der Eintritt des Reaktionsgases in den Behälter freigegeben wird.

Durch dieses Verfahren ist es möglich, alle erforderlichen Parameter genauestens einzustellen und das die zu transportierenden Substanzen erhaltende Gasgemisch durch Abschalten des Schutzgasstromes in den Bereich des zu beschichtenden Elementes zu bringen. Dabei fällt es besonders ins Gewicht, daß keinerlei im Wege der im allgemeinen ätzenden Eigenschaften und hohe Temperaturen aufweisenden Transportgase befindliche Schaltorgane zu betätigen sind. Dem Schutzgas kann, wenigstens am Anfang des für die Einstellung der obenerwähnten Parameter vorgesehenen Zeitraumes, zusätzlich ein ätzendes Reinigungsgas zugegeben werden, das die erforderliche Reinigung des zu beschichtenden Elementes durchführt bzw. vervollständigt.

Die Erfindung wird anschließend an Hand der Abbildung näher erläutert. Der zu beschichtende Keimkristall 5 ist im Rohr 1 untergebracht, das über die Kanäle 10,11 und 13 mit den Rohren 2, 3 und 4 verbunden ist. Das Rohr 1 ist nach links offen und nach rechts durch ein Beobachtungsfenster 9 abgeschlossen. In den Rohren 2, 3 und 4 sind die Vorräte 6, 7 und 8 angeordnet, die durch nicht dargestellte Mittel auf die jeweils erforderlichen Temperatuten gebracht werden können. Desgleichen sind Mittel zur Erwärmung des Keimkristalls S vorgesehen. Über nicht dargestellte Leitungen werden den Rohren 2, 3 und 4 in Richtung der eingezeichneten Pfeile Transportgase zugeführt, deren Zusammensetzung jeweils auf die chemischen Eigenheiten der in diesen Rohren angeordneten Vorräte 6, 7 und 8 abgestimmt sind. Diese Transportgase durchsetzen die genannten Rohre in Richtung der eingezeichneten Pfeile, um sie an der gegenüberliegenden Seite zu verlassen. Während der Anheizzeit für die Vorräte und den Keimkristall werden diese Gase am Eintritt in das Rohr 1 durch ein Schutzgas gehindert, das in Richtung des strichpunktiert eingezeichneten Pfeiles in das Rohr 1 eingeführt wird und dieses Rohr durch die Kanäle 10,11 und 13 verläßt, um sich mit dem Gas in den Rohren 2, 3 und 4 zu vermengen und ohne weitere Wirkung am linken vorderen Ende dieser Rohre auszutreten. Dem in Richtung des strichpunktiert eingezeichneten Pfeils einströmenden Schutzgas wird zweckmäßigerweise zusätzlich eine ätzende Komponente beigegeben, so daß der Keimkristall 5 während der Anheizzeit nicht nur vor Verunreinigungen geschützt, sondern auch zusätzlich gereinigt wird.

Während der Anheizzeit wird ferner auch die Zusammensetzung, die Temperatur und die Geschwindigkeit der die Rohre 2, 3 und 4 in Richtung der eingezeichneten Pfeile durchströmenden Transportgase eingestellt. Nach Einstellung aller erforderlichen Parameter wird das Schutzgas, das in Richtung des gestrichelten Pfeiles in das Rohrl einströmt, abgeschaltet, so daß die die Rohre 2, 3 und 4 durchsetzenden und mit den zu transportierenden Substanzen 6, 7 und 8 angereicherten Transportgase in das Rohrl eintreten können. Im Raum zwischen dem Beobachtungsfenster 9 und dem zu beschichtenden Keimkristall 5 werden die genannten Transportgase mit den von ihnen jeweils transportierten Substanzen gemischt, um gegebenenfalls nach Beendigung einer Reaktion zwischen den einzelnen Komponenten in den Bereich des Kristalls 5 zu gelangen, wo sie auf Grund der eingestellten Parameter in diesem Raum in Form einer epitaktisch gewachsenen Schicht niedergeschlagen werden, um das Rohr in Richtung des ausgezogen eingezeichneten Pfeiles zu verlassen. Bei geeigneter Wahl der Austrittsquerschnitte der Rohre 2, 3 und 4 kann die Strömungsgeschwindigkeit der Transportgase sowohl in den genannten Rohren als auch in dem Rohr 1 durch Steuerung des Druckes bzw. des Unterdruckes am Ausgang dieses Rohres in weiten Grenzen geregelt werden. Der Regelbereich kann durch Ventile am Ausgang der Rohre 2, 3 und 4 noch beträchtlich erweitert werden.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum epitaktischen Aufwachsen von Halbleitermaterial auf einen Keimkristall, der sich in einem Behälter befindet, durch Transportreaktion, wobei in einem außerhalb des Behälters gelegenen Raum (oder Räumen) aus einem Vorrat aus dem abzuscheidenden Halbleitermaterial (oder aus Halbleitermaterialien) und einem Transportgas (oder Transportgasen) durch Reaktion ein Reaktionsgas (oder Reaktionsgase) gebildet, dieses über den Keimkristall geführt und dabei dort das Halbleitermaterial niedergeschlagen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter während der Einstellung der für den Aufwachsvorgang erforderlichen Parameter, wie der Temperaturen des Keimkristalls und des Vorrates, der Zusammensetzung von Transport- und Reaktionsgas, ihren Temperaturen, Strömungsgeschwindigkeiten und Drücken, von einem Schutzgasstrom so durchsetzt wird, daß der Eintritt des Reaktionsgases in den Behälter wenigstens teilweise verhindert wird, und daß nach Einstellung der Parameter der Schutzgasstrom so abgeschaltet oder so abgeschwächt wird, daß der Eintritt des Reaktionsgases in den Behälter freigegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schutzgas verwendet wird, das zur Reinigung der Keimkristalle geeignete Komponenten enthält.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 865 160, 950 848; deutsche Auslegeschrift Nr. 1102117; »Electronics« vom 18.5. 1962, S. 49 bis 53.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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