DE1262979B

DE1262979B - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einkristalliner Schichten durch Aufdampfen

Info

Publication number: DE1262979B
Application number: DES72962A
Authority: DE
Inventors: Werner Raetzel; Dr Werner Spielmann; Dipl-Phys Dr Manfred Zerbst
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1961-03-14
Filing date: 1961-03-14
Publication date: 1968-03-14
Also published as: GB948997A; NL275889A; CH395680A; FR1317607A

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einkristalliner Schichten durch Aufdampfen Bei einem Verfahren zur Herstellung einkristalliner Überzüge aus dotierten Halbleitergrundstoffen ist es bereits bekannt, den Grundstoff und die Dotierungsstoffe gleichzeitig im Vakuum auf eine vorgewärmte Trägerplatte aufzudampfen, wobei der gebildete überzu- oberhalb der Temperatur der Kristallkeimbildung geglüht wird.
Um Verunreinigungen und Ungleichförmigkeiten auszuschalten, ist es erforderlich, für ein sehr gutes Vakuum zu sorgen. Außerdem muß der Träger für die Aufdampfschicht etwa den gleichen Ausdehnungskoeffizienten wie das aufzudampfende Material besitzen. Um eine einkristalline Struktur der Aufdampfschicht zu gewährleisten, müssen Unterlage und Aufdampfschicht vom gleichen Gittertypus sein. Außerdem ist dafür Sorge zu tragen, daß die thermodynamischen Aufwachsbedingungen erfüllt sind.
Ferner ist es aus der Elektronenmikroskopie bekannt, auf einem kristallinen Grundkörper mikrokristalline Bereiche durch Aufdampfen herzustellen. Dies gelingt selbst bei größeren Abweichungen der Gitterstruktur zwischen Träger und Aufdampfsubstanz.
Schließlich ist ein Verfahren zum Herstellen dotierter einkristalliner Halbleiterschichten bekannt, bei dem die Dotierungsstoffe auf einen Einkristall aus Halbleitergrundstoff aufgedampft und durch anschließendes Diffusionsglühen in den Halbleiterkristall eingebaut werden.
Bei diesem Verfahren wirkt es sich jedoch nachteilig aus, daß einkristalline Schichten hoher Gitterperfektion nur schwer erhalten werden können bzw. bei Verwendung von Trägerkörpern abweichender Gitterstruktur überhaupt nicht entstehen. Außerdem ist bei den bekannten Verfahren häufig eine nachträgliche Wärmebehandlung erforderlich, was zu einer erheblichen Vergrößerung des technologischen Aufwandes führt.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß es ohne Schwierigkeiten gelingt, daß sehr kleine Bereiche einkristallin auf einer Kristallunterlage auf Fremdmaterial aufwachsen zu lassen, daß aber ein einkristallines Aufwachsen zur Herstellung größerer Flächen, von beispielsweise einigen 10 qmm, praktisch unmöglich ist. Flächen dieser Größenordnung konnten bisher nur auf Trägern aus gleichem Material hergestellt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Aufdampfschichten mit einkristalliner Struktur auf Trägern aus Fremdmaterial, die eventuell wieder ablösbar sind, herzustellen.
Einkristalline Schichten aus kristallisierbarem Material können aber im Vakuum auf einen auf der erforderlichen Temperatur gehaltenen Träger, dessen Kristallstruktur von der Struktur des aufzudampfenden Materials abweicht, aufgedampft werden, wenn erfindungsgemäß das Aufdampfen mit einem nahezu punktförmigen, einkristallinen Keimfleck begonnen und der einkristalline Fleck allmählich auf die gewünschte Schichtfläche vergrößert wird.
Zur Verbesserung des Vakuums hat es sich als günstig erwiesen, das zu verdampfende Material bereits vor Beginn des Aufdampfverfahrens auf die Verdampfungstemperatur zu bringen. Um dabei jedoch ein gezieltes Aufdampfen zu gewährleisten, empfiehlt es sich, vor und zu Beginn des Aufdampfvorgangs das zu verdampfende Material mittels Blenden oder anderer geeigneter Mittel daran zu hindern, sich auf dem Träger niederzuschlagen.
Der auf dem Träger aufgedampfte Keimfleck kann entweder radial nach allen Seiten der Aufdampfebene gleichmäßig erweitert werden, oder der auf dem Träger aufgedampfte Keimfleck wird zunächst zu einem schmalen Streifen vergrößert, der danach erweitert wird, wobei eine besonders gleichmäßige Schichtdicke gewährleistet ist.
Das zu verdampfende Material. kann in Stabform vorliegen und durch induktive Heizung verdampft werden. Als aufzudampfendes Material kann Halbleitermaterial, beispielsweise Silicium, Germanium oder andere Stoffe der IV. Gruppe des Periodischen Systems, fernerhin die sogenannten intermetallischen Verbindungen (AIIIBv, AIIBVh AIBvII) verwendet werden.
Als Träger kann beispielsweise eine Quarzplatte Verwendung finden oder eine andere Unterlage, auf der eine dünne Schicht aufzubringen ist. Ist die dünne Schicht als solche zu fertigen, so ist als Träger einkristalliner ablösbarer Stoff, beispielsweise eine Platte aus Steinsalz, verwendbar, bei dem die Kristallstruktur des Trägers der des aufzudampfenden Stoffes entspricht.
Während des Aufdampfens des Halbleitermaterials kann in an sich bekannter Weise gleichzeitig Dotierungsmaterial mit niedergeschlagen werden, wobei entweder das Halbleitermaterial und der Dotierungsstoff getrennt verdampft werden oder, einfacher, bereits dotiertes Halbleitermaterial zur Verdampfung gelangt.
Werden mehrere Schichten aufgedampft, so ist es möglich, Schichten unterschiedlichen Leitungstyps zu erzielen.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ist besonders zur Herstellung einer größeren Anzahl von Schichten mit abwechselndem Leitungstyp und einer Stärke, die der optischen Wellenlänge entspricht, geeignet.
Um den nahezu punktförmigen einkristallinen Keimfleck auf die Unterlage aufzubringen, ist bei der zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Vorrichtung zwischen Träger und dem zu verdampfenden Material eine eine veränderbare Öffnung aufweisende Blende, insbesondere eine Irisblende oder eine schwach keilförmige Schlitzblende, angeordnet.
Die Erfindung wird an Hand zweier Ausführungsbeispiele, die in den F i g.1 und 2 dargestellt sind, näher erläutert.
Der aus dem zu verdampfenden Material bestehende Stab 1 wird an seinem unteren Ende durch eine Induktionsspule 2 zum Schmelzen gebracht. Aus der Schmelzkuppe 3 verdampft das Material und schlägt sich auf einen Träger 4, der durch eine Heizung 5 auf die erforderliche Temperatur gebracht ist, nieder. Zu Beginn des Verfahrens ist die zwischen dem Stab 1 und dem Träger 4 angeordnete Blende 6 geschlossen. Das verdampfende Material bindet zunächst noch Gasreste, die sich im Vakuum befinden.
Bei geschlossener Blende wird der Träger 4 auf eine erheblich über der späteren Arbeitstemperatur liegende Temperatur aufgeheizt, um Verunreinigungen des Trägers mit Sicherheit zu entfernen. Beim Öffnen der Blende zu einer nahezu punktförmigen Öffnung wird die Temperatur des Trägers auf die Arbeitstemperatur gesenkt und das aufzudampfende Material allmählich zu einem punnktförmigen einkristallinen Keimkristallfleck niedergeschlagen. Durch allmähliches Öffnen der Blende erfolgt eine Vergrößerung des Keimkristallfleckes zu einer Schicht.
Um die Blende nicht auf die Größe erweitern zu müssen, die der gesamten aufzudampfenden Fläche entspricht, ist es zweckmäßig, eine schwach keilförmige Blende zu verwenden, die eine Vergrößerung des Keimfleckes zu einem schmalen Streifen ermöglicht. Anschließend wird die relative Lage zwischen Blende und Träger geändert, um eine gleichmäßig einkristalline Aufdampffläche zu erhalten. Die Aufdampfungsfläche kann durch mehrmaliges Hin- und Herwandern des schmalen Streifens über der Fläche beliebig verdickt werden. Insbesondere ist vorgesehen, daß bei jedem oder nach mehreren Wechseln Halbleitermaterial unterschiedlichen Leitungstyps zur Aufdampfung gelangt, Eine besondere zweckmäßige Ausführungsform zur Erzielung unterschiedlich dotierter Schichten stellt die der Anordnung nach F i g. 2 dar.
Außer dem Träger 4 und der Heizung 5 sind zwei Schlitzblenden 7 und 8 vorgesehen,. denen zwei Materialien in Stabform 9 und 10 zugeordnet sind. Der Stab 9 kann beispielsweise durch Bordotierung p-leitend gemachtes Silicium und der Stab 10 durch Phosphordotierung n-leitend gemachtes Silicium sein. Zur Gewährleistung einer glatten Berandung der Aufdampfschicht ist dem Träger eine feste Blende 11 zugeordnet.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zum Herstellen einkristalliner Schichten aus kristallisierbarem Material durch Aufdampfen des Materials im Vakuum auf einen auf der erforderlichen Temperatur gehaltenen Träger, dessen Kristallstruktur von der Struktur des aufzudampfenden Materials abweicht, d a -durch gekennzeichnet, daß das Aufdampfen mit einem nahezu punktförmigen einkristallinen Keimfleck begonnen und der einkristalline Fleck allmählich auf die gewünschte Schichtfläche vergrößert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der auf dem Träger aufgedampfte Keimfleck radial nach allen Seiten der Aufdampfebene gleichmäßig erweitert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der auf dem Träger aufgedampfte Keimfleck zunächst zu einem schmalen Streifen, der danach erweitert wird, vergrößert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß während des Aufdampfens des Halbleitermaterials gleichzeitig Dotierungsmaterial mit aufgedampft wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Träger und dem zu verdampfenden Material eine eine veränderbare Öffnung aufweisende Blende angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Blende eine Irisblende angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Blende eine schwach keilförmige Schlitzblende angeordnet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1054 802, 1057 845, 1087 425; französische Patentschrift Nr. 1064 045.