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DE1278400B - Process for producing crystalline semiconductor layers on a monocrystalline semiconductor body, in particular made of silicon - Google Patents

Process for producing crystalline semiconductor layers on a monocrystalline semiconductor body, in particular made of silicon

Info

Publication number
DE1278400B
DE1278400B DEV26261A DEV0026261A DE1278400B DE 1278400 B DE1278400 B DE 1278400B DE V26261 A DEV26261 A DE V26261A DE V0026261 A DEV0026261 A DE V0026261A DE 1278400 B DE1278400 B DE 1278400B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
temperature
semiconductor
monocrystalline
semiconductor body
thermal
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.)
Pending
Application number
DEV26261A
Other languages
German (de)
Inventor
Dipl-Phys Heinz Wienhold
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.)
Halbleiterwerk Frankfurt Oder VEB
Original Assignee
Halbleiterwerk Frankfurt Oder VEB
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
Application filed by Halbleiterwerk Frankfurt Oder VEB filed Critical Halbleiterwerk Frankfurt Oder VEB
Priority to DEV26261A priority Critical patent/DE1278400B/en
Publication of DE1278400B publication Critical patent/DE1278400B/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02Elements
    • C30B29/06Silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical 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
    • C23C16/24Deposition of silicon only
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02Epitaxial-layer growth
    • H10P95/00

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Description

Verfahren zur Herstellung kristalliner Halbleiterschichten auf einem monokristallinen Halbleiterkörper, insbesondere aus Silicium Es ist bekannt, dünne kristalline Schichten aus Halbleitermaterial mit Hilfe der Epitaxialtechnik auf einem einkristallinen Halbleiterkörper zu erzeugen.Process for the production of crystalline semiconductor layers on a monocrystalline semiconductor body, in particular made of silicon. It is known that thin crystalline layers of semiconductor material with the help of epitaxial technology to produce a monocrystalline semiconductor body.

Nach dieser Technik werden die Halbleiterkörper bei Temperaturen, die fast an den Schmelzpunkt heranreichen, in einer reduzierenden Atmosphäre vorbehandelt. Dann wird eine durch thermische Umsetzung in den Gaszustand übergeführte Halbleiterverbindung über den erhitzten Halbleiterkörper geleitet.According to this technique, the semiconductor bodies are produced at temperatures which almost approach the melting point, pretreated in a reducing atmosphere. Then a semiconductor compound converted into the gas state by thermal conversion is produced passed over the heated semiconductor body.

Dabei ist es möglich, auf einem niederohmigen Grundkörper eine hochohmige Schicht von gleicher oder entgegengesetzter Leitfähigkeit oder jeweils umgekehrt zu erzeugen und der Halbleiterverbindung Dotierungsstoffe hinzuzufügen.It is possible to use a low-resistance base body with a high-resistance one Layer of the same or opposite conductivity or vice versa and add dopants to the semiconductor compound.

Nachteilig wirkt sich bei diesem Verfahren jedoch aus, daß durch den für eine monokristalline Schichtbildung erforderlichen, langzeitigen, hohen Temperatureinfluß die Lebensdauer- und Sperreigenschaften der Halbleiterübergänge verschlechtert werden und daß die monokristalline Schicht bei Kontaktierungsvorgängen im Kontaktgebiet in eine amorphe Schicht umgewandelt werden muß.A disadvantage of this method, however, is that by the long-term, high temperature influence required for monocrystalline layer formation the life and barrier properties of the semiconductor junctions are deteriorated and that the monocrystalline layer during contacting processes in the contact area must be converted into an amorphous layer.

Außerdem sind umfassende und zum Teil aufwendige Maßnahmen erforderlich, um eine einwandfreie monokristalline Schicht in ausreichender Dicke zu erhalten und um die Schichtbildungstemperatur soweit wie möglich herabzusetzen.In addition, extensive and sometimes costly measures are required, in order to obtain a flawless monocrystalline layer of sufficient thickness and to lower the film-forming temperature as much as possible.

Bei monokristalliner Abscheidung ist im Verlauf des Prozesses die Neigung zum Entarten der Schicht besonders groß. Auch ist deren Verunreinigung, die von den Materialien der Vorrichtung ausgeht, kaum zu vermeiden.In the case of monocrystalline deposition, the The layer has a particularly great tendency to degenerate. Their pollution is also which is based on the materials of the device can hardly be avoided.

Mit der Erfindung sollen die genannten Nachteile vermieden werden und eine mit geringerem Aufwand durchführbare Schichtbildung, bei der keine Nachbehandlung der Schicht für eine Kontaktierung erforderlich ist und eine günstigere Ausbeute an Bauelementen erzielt wird, entwickelt werden.With the invention, the disadvantages mentioned are to be avoided and a layer formation that can be carried out with less effort, in which no post-treatment the layer is required for contacting and a more favorable yield on components is achieved.

Die Empfindlichkeit des Prozesses soll vermindert werden und doch die physikalischen, chemischen und elektronischen Eigenschaften des Halbleiterkörpers und des Halbleiterüberganges erhalten bleiben.The sensitivity of the process should be reduced and yet the physical, chemical and electronic properties of the semiconductor body and the semiconductor junction are retained.

Dies gelingt bei einem Verfahren zur Herstellung von Halbleiterübergänge bildenden oder leicht zu kontaktierenden kristallinen Schichten aus Halbleitermaterial auf einem monokristallinen Halbleiterkörper, insbesondere aus Silicium, durch thermische oder elektrothermische Zersetzung oder Reduktion flüchtiger Halbleiterverbindungen nach einer thermischen reduzierenden Vorbehandlung des Halbleiterkörpers, wenn erfindungsgemäß die thermische Vorbehandlung bei einer Temperatur vorgenommen wird, bei der sich eine monokristalline Schicht bilden würde, oder wenn die thermische Vorbehandlung bei dieser Temperatur durch Zumischung der Halbleiterverbindungen zur reduzierenden Gasatmosphäre zusammen mit einer monokristallinen Schichtbildung vorgenommen wird und wenn für den eigentlichen Abscheidungsvorgang die Temperatur des Halbleiterkörpers unter die monokristalline Schichtbildungstemperatur bis zu einer Temperatur, bei der polykristalline Schichtbildung eintritt, gesenkt wird.This is achieved with a method for producing semiconductor junctions forming or easy-to-contact crystalline layers of semiconductor material on a monocrystalline semiconductor body, in particular made of silicon, by thermal or electrothermal decomposition or reduction of volatile semiconductor compounds after a thermal reducing pretreatment of the semiconductor body, if according to the invention the thermal pretreatment is carried out at a temperature at which would form a monocrystalline layer, or if the thermal pretreatment at this temperature by admixing the semiconductor compounds to the reducing Gas atmosphere is made together with a monocrystalline layer formation and if for the actual deposition process the temperature of the semiconductor body below the monocrystalline film formation temperature to a temperature at the polycrystalline layer formation occurs is lowered.

Dabei ist anzustreben, daß die monokristalline Schicht nur bis zu einer Dicke von 1 im aufwächst. Die Höhe der monokristallinen Schichtbildungstemperatur ist von der Art der Verfahrensweise, besonders von der zum Einsatz gebrachten Halbleiterverbindung abhängig. Diese ist, soweit nicht bereits bekannt, empirisch zu ermitteln.It is desirable that the monocrystalline layer only up to a thickness of 1 im growing up. The level of the monocrystalline film formation temperature depends on the type of procedure, especially on the semiconductor compound used addicted. If not already known, this is to be determined empirically.

Für das Aufwachsen solcher Schichten auf Si-Halbleitergrundkörpern sind mit Erfolg zwei Methoden gefunden worden, die beispielsweise erläutert werden.For growing such layers on Si semiconductor base bodies two methods have been successfully found, which are explained for example.

Die Grundlage für die Beispiele ist, eine niederohmige Si-Schicht auf einem hochohmigen Si-Grundkörper vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufwachsen zu lassen. Beispiel 1 Der Si-Grundkörper wird bei 1200°C 10 bis 15 Minuten unter Wasserstoffgas thermisch geätzt, danach wird die Temperatur auf 900 bis 1000'C gesenkt und der Si-Abscheidungsprozeß aus der Verbindung SiC14 eingeleitet. Je nach Verwendungszweck beträgt die Abscheidungsdauer 1 bis 30 Minuten, und es entsteht eine reine polykristalline Schicht. Beispiel 2 Der Si-Grundkörper wird bei 1200° C unter Wasserstoffgas 10 bis 15 Minuten erhitzt und danach bei gleicher Temperatur eine Abscheidung aus der Verbindung SiC14 zu einer monokristallinen, epitaktischen Schichtbildung eingeleitet, nach 15 bis 60 Sekunden wird während des Abscheidungsprozesses die Temperatur des Si-Grundkörpers auf 900 bis 1000° C abgesenkt und die Schichtbildung polykristallin bis zur gewünschten gemischten Schichtdicke fortgesetzt. Bevorzugt wird dabei die monokristalline Schicht auf 1 [tm Dicke begrenzt.The basis for the examples is to grow a low-resistance Si layer on a high-resistance Si base body of the opposite conductivity type. Example 1 The Si base body is thermally etched at 1200 ° C. for 10 to 15 minutes under hydrogen gas, then the temperature is lowered to 900 to 1000 ° C. and the Si deposition process from the compound SiC14 is initiated. Depending on the intended use, the deposition time is 1 to 30 minutes, and a pure polycrystalline layer is created. Example 2 The Si base body is heated at 1200 ° C. under hydrogen gas for 10 to 15 minutes and then at the same temperature a deposition of the compound SiC14 is initiated to form a monocrystalline, epitaxial layer -Base body lowered to 900 to 1000 ° C and polycrystalline layer formation continued up to the desired mixed layer thickness. The monocrystalline layer is preferably limited to a thickness of 1 μm.

Claims (2)

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von Halbleiterübergänge bildenden oder leicht zu kontaktierenden kristallinen Schichten aus Halbleitermaterial auf einem monokristallinen Halbleiterkörper, insbesondere aus Silicium, durch thermische oder elektrothermische Zersetzung oder Reduktion flüchtiger Halbleiterverbindungen nach einer thermischen reduzierenden Vorbehandlung des Halbleiterkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Vorbehandlung bei einer Temperatur vorgenommen wird, bei der sich eine monokristalline Schicht bilden würde, oder daß die thermische Vorbehandlung bei dieser Temperatur durch Zumischung der Halbleiterverbindungen zur reduzierenden Gasatmosphäre zusammen mit einer monokristallinen Schichtbildung vorgenommen wird und daß für den eigentlichen Abscheidungsvorgang die Temperatur des Halbleiterkörpers unter die monokristalline Schichtbildungstemperatur bis zu einer Temperatur, bei der polykristalline Schichtbildung eintritt, gesenkt wird. Claims: 1. Method for producing semiconductor junctions forming or easy-to-contact crystalline layers of semiconductor material on a monocrystalline semiconductor body, in particular made of silicon, by thermal or electrothermal decomposition or reduction of volatile semiconductor compounds after a thermal reducing pretreatment of the semiconductor body, thereby characterized in that the thermal pretreatment is carried out at one temperature in which a monocrystalline layer would form, or that the thermal Pretreatment at this temperature by adding the semiconductor compounds to the reducing gas atmosphere together with a monocrystalline layer formation is made and that the temperature for the actual deposition process of the semiconductor body below the monocrystalline layer formation temperature up to a temperature at which polycrystalline film formation occurs is lowered. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur bei maximal 1 gm Dicke der monokristallinen Schicht gesenkt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1029 941, 1048638. 2. The method according to claim 1, characterized in that the temperature is lowered at a maximum thickness of 1 gm of the monocrystalline layer. Considered publications: German Auslegeschriften Nos. 1029 941, 1048638.
DEV26261A 1964-06-30 1964-06-30 Process for producing crystalline semiconductor layers on a monocrystalline semiconductor body, in particular made of silicon Pending DE1278400B (en)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1029941B (en) * 1955-07-13 1958-05-14 Siemens Ag Process for the production of monocrystalline semiconductor layers
DE1048638B (en) * 1957-07-02 1959-01-15 Siemens &. Halske Aktiengesellschaft, Berlin und München Process for the production of semiconductor single crystals, in particular silicon, by thermal decomposition or reduction

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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