DE1236481B - Verfahren zur Herstellen einer Halbleiteranordnung durch Abscheiden des Halbleiterstoffes aus der Gasphase - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

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Deutsche KL: 12 g-17/32

Nummer: 1 236 481

Aktenzeichen: S77852IVc/12g

Anmeldetag: 2. Februar 1962

Auslegetag: 16. März 1967

Zum Herstellen einkristalliner Halbleiterschichten durch Abscheiden aus der Gasphase und Niederschlagen des Halbleiterstoffes in einkristalliner Form sind bereits Verfahren bekannt, bei denen die zu beschichtenden Halbleiterkörper auf die aus Quarz oder ähnlichen Stoffen bestehende Wandung des Reaktionsgefäßes aufgelegt werden. Bei diesem Verfahren macht es sich sehr störend bemerkbar, daß aus der Gefäßwandung Verunreinigungen in die Aufwachsschicht eingeschleppt werden. Zur Vermeidung dieser Nachteile wurde vorgeschlagen, Unterlagen für die zu bestimmenden Halbleiterkörper zu verwenden, die aus hochreinem Halbleiterstoff bestehen. In diesem Fall erhält man auf der der Unterlage abgewandten Oberfläche der Halbleiterkörper eine einkristalline Aufwachsschicht hoher Reinheit.

Außerdem wurde bereits ein Verfahren vorgeschlagen, das sich der bekannten chemischen Transportreaktion, wie sie bereits zur Herstellung von hochreinem Halbleitermaterial in Pulverform angewendet wurde, bedient.

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird ein Halbleiterkörper, der auf eine geeignete beheizte Unterlage aufgelegt ist, auf seiner der Unterlage zugewandten Oberfläche mit einer Aufwachsschicht versehen. Das Aufbringen des Halbleitermaterials erfolgt mittels einer Transportreaktion, die sich in dem Zwischenraum zwischen der Oberseite der Unterlage und der Unterseite des daraufliegenden Halbleiterkörpers abspielt. Dabei ist die exakte Einhaltung bestimmter Reaktionsbedingungen eine notwendige Voraussetzung für den ungestörten Ablauf des Materialtransports.

Für zahlreiche Anwendungsgebiete in der Halbleitertechnik werden aus mehreren unterschiedlich dotierten Schichten bestehende Halbleiteranordnungen benötigt. Derartige Anordnungen können durch Abscheiden des Halbleiterstoffes aus der Gasphase und Niederschlagen des Halbleiterstoffes in einkristalliner Form auf einem einkristallinen, insbesondere scheibenförmigen, in einem Reaktionsgefäß untergebrachten Halbleiterkörper, der durch Wärmeübergang von einer mindestens an der dem Halbleiterkörper zugewandten Oberfläche aus Halbleiterstoff bestehenden Unterlage beheizt wird, hergestellt werden, wobei in dem Zwischenraum zwischen Halbleiterkörper und Unterlage bei entsprechender Wahl der Temperatur Halogenwasserstoff derart angereichert wird, daß der Halbleiterstoff der Unterlage in ein gasförmiges Subhalogenid übergeführt und unter Zersetzung des Subhalogemds auf der der Unterlage zugewandten Oberfläche des

Verfahren zum Herstellen einer
Halbleiteranordnung durch Abscheiden des
Halbleiterstoffes aus der Gasphase

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft,
Berlin und München,
München 2, Witteisbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Chem. Dr. Erhard Sirtl,

Dipl.-Phys. Dr. Josef Grabmaier, München

Halbleiterkörpers niedergeschlagen wird, und zwar in einfacher und eleganter Weise und insbesondere ohne großen zeitlichen apparativen Aufwand, wenn erfindungsgemäß in das Reaktionsgefäß ein/eine gasförmige Halogenverbindung des Halbleiterstoffes und Wasserstoff enthaltendes Reaktionsgasgemisch eingeleitet wird, dessen Zusammensetzung so gewählt ist, daß durch Anreicherung von Halogenwasserstoff bei entsprechend gewählter Temperatur im Zwischenraum zwischen Unterlage und Halbleiterkörper eine Sub halogenidkonzentration eingestellt wird, die einem Partialdruck von wenigstens 10~⁶ Atmosphären entspricht, so daß auf den einander gegenüberliegenden Oberflächen des Halbleiterkörpers gleichzeitig Halbleitermaterial abgeschieden wird, derart, daß sich auf der der Unterlage zugewandten Oberfläche des HaIbleiterkörpers von der Unterlage stammender Halbleiterstoff durch Zersetzung des Subhalogemds niederschlägt, während sich auf der der Unterlage abgewandten Oberfläche bei der Pyrolyse des Reaktionsgases frei werdender Halbleiterstoff niederschlägt.

Als Reaktionsgas wird zweckmäßigerweise ein Gasgemisch verwendet, das neben der gasförmigen Halogenverbindung des Halbleiterstoffes und Wasserstoff von vornherein eine Halogenwasserstoffverbindung enthält.

Als Unterlage kann beispielsweise ein geläppte^ Halbleiterkörper verwendet werden oder aber ei

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Unterlage aus Graphit, die mit einem Überzug aus weisen auch nach dem Polieren Unebenheiten — in poly- bzw. feinkristallinem Halbleitermaterial ver- den Figuren übertrieben gezeichnet — auf, die die sehen ist. Gemäß einer speziellen Ausführungsform Bildung von Zwischenräumen 5 und 6 zur Folge der Erfindung wird eine Unterlage verwendet, die haben. In diesen Zwischenräumen spielt sich nunwenigstens an der dem Halbleiterkörper zugewandten 5 mehr eine Transportreaktion ab, bei der der HaIb-Oberfläche aus einem Halbleiterstoff besteht, der leiterstoff der Schicht 2, zumindest zum Teil, unter von dem des Halbleiterkörpers verschieden ist. Es Bildung eines gasförmigen Subhalogenids auf die können beispielsweise auch Unterlagen verwendet Unterseite der Halbleiterscheibe 3 und 4 transportiert werden, die an der dem Halbleiterkörper zugewand- wird. Gleichzeitig wird auf der Oberseite der Scheiten Oberfläche aus dotiertem Halbleiterstoff bestehen, ίο ben 3 und 4 eine einkristalline Schicht aus HaIb-

Eine weitere Möglichkeit ist darin zu sehen, daß leitermaterial, das bei der Pyrolyse des Reaktionsgleichzeitig mehrere auf eine gemeinsame Unterlage gases in Freiheit gesetzt wird, niedergeschlagen. Die aufgelegte Halbleiterkörper beschichtet werden. auf der Oberseite niedergeschlagene Schicht ist aus Außerdem können mehrere in ihrer Größe etwa dem Gründen der Übersichtlichkeit in der Figur nicht Halbleiterkörper entsprechende Unterlagen verwen- 15 dargestellt.

det werden, die gegebenenfalls verschiedenen Leitungs- Zweckmäßigerweise wird die ganze Anordnung

typ und/oder verschiedene Leitfähigkeit aufweisen. im Reaktionsgefäß vor Beginn der Beschichtung im

Die Beheizung der Unterlagen kann entweder Wasserstoffstrom ausgeglüht, um etwa vorhandene

durch direkten Stromdurchgang oder indirekt erfol- Oxidreste zu entfernen.

gen. Bei der indirekten Beheizung wird die Unter- ao In F i g. 2 ist ein anderes Ausführungsbeispiel dar-

lage auf einen Träger aus leitendem Material, wie gestellt, bei dem als Unterlage für die Halbleiter-

z. B. aus Siliciumkarbid, aufgelegt. scheibe 9 ein Einkristallplättchen 8 verwendet wird.

Durch die Möglichkeit, ein Reaktionsgas zu ver- Dieses Plättchen wird durch die im Zwischenraum 10 wenden, dessen Halbleiterkomponente von dem stattfindende Transportreaktion abgetragen. Gleich-Halbleiter der Unterlage verschieden ist, wird er- 25 zeitig wird die Unterseite des zu beschichtenden Einreicht, daß auf der Oberseite des Halbleiterkörpers kristallplättchens 9 mit einer einkristallinen Aufein anderes Halbleitermaterial abgeschieden wird wachsschicht aus dem Halbleiterstoff der Unterlage als von der Unterseite. Außerdem ergeben sich durch versehen. Als Träger für das Plättchen 8 dient je Zugabe von Dotierungsstoffen zum Rekationsgas die nach Arbeitstemperatur eine indirekt beheizte Quarzin Art und/oder Menge von denjenigen der Unter- 30 platte 7 oder ein durch direkten Stromdurchgang beläge verschieden sind, weitere Reaktionsmöglich- heizendes Graphitbrett. Die Unterlage 8 wird dabei keiten für das Verfahren nach der Erfindung. zweckmäßigerweise durch Zerschneiden eines HaIb-

SoIl die beiderseitige Beschichtung zeitweilig unter- leiterstabes mit definiertem spezifischem Wider-

brochen werden, so empfiehlt es sich, auf die der stand hergestellt. Der Widerstand der durch

Unterlage abgewandte Oberfläche des bzw. der 35 Transportreaktion aufgebrachten Halbleiterschicht

Halbleiterkörper eine Deckplatte aufzulegen. Diese entspricht demjenigen des Halbleiterstabes. Die

kann beispielsweise auf der dem Halbleiterkörper Dotierung der aus der Gasphase durch pyro-

zugewandten Seite aus Siliciumkarbid oder aus Quarz lytische Zersetzung des Reaktionsgases gleichzeitig

bestehen. abgeschiedenen Schicht — in der Figur nicht darge-

Auf diese Weise läßt sich auch eine unerwünschte 40 stellt — wird dabei durch Wahl von Art und Menge

Abtragung der Halbleiteroberfläche unterbinden. des dem Reaktionsgas zugegebenen Dotierungs-

Außerdem kann durch entsprechende Wahl der Zu- materials bestimmt.

sammensetzung des Reaktionsgases die Abscheide- Außerdem können an Stelle einer durch die Schei-

geschwindigkeit auf den beiden Seiten des Halblei- ben 8 und 9 gebildeten Anordnung mehrere derartige

terkörpers unterschiedlich eingestellt werden, so daß 45 Anordnungen nebeneinander auf den Träger 7 auf-

das Schichtwachstum auf diesen Seiten unterschied- gebracht sein, wobei die Unterlagen und damit auch

lieh erfolgt. die Aufwachsschichten auf der den Unterlagen zu-

Das Verfahren nach der Lehre der Erfindung kann gewandten Unterseiten der Scheiben gegebenenfalls

in gleicher Weise auf die Herstellung von Halbleiter- einen voneinander verschiedenen spezifischen Wider-

anordnungen aus Silicium, Germanium und Verbin- 50 stand besitzen können.

dungshalbleitern sowie zur Herstellung von Hetero- Soll die gleichzeitige Abscheidung von Halbleiter-Übergängen angewendet werden. Nähere Einzelhei- material aus dem Reaktionsgas auf der Oberseite der ten der Erfindung werden im folgenden an Hand Scheiben zeitweise unterbunden werden, so empfiehlt einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele gegeben. es sich, vorübergehend eine Deckplatte aus einem

In Fig. 1 ist ein Teil einer in einem Reaktions- 55 Material, das mit dem Halbleitermaterial der Scheigefäß untergebrachten Unterlage 1 dargestellt, auf ben und auch mit dem Reaktionsgas und den bei der der die einkristallinen Halbleiterscheiben 3 und 4 Reaktion entstehenden gasförmigen Verbindungen aufliegen. Die Unterlage 1, die gleichzeitig als Heizer nicht reagiert, auf die der Unterlage abgewandte Seite für die Scheiben 3 und 4 dient, besteht im vorliegen- der Halbleiterscheiben aufzulegen, wie dies beispielsden Fall aus einem mit einem Siliciumkarbidüberzug 60 weise in F i g. 3 dargestellt ist. Die Abdeckplatte in versehenen Graphitbrett. Auf dem Siliciumkarbid- dieser Figur besteht beispielsweise aus Graphit und überzug ist eine weitere Schicht 2 aus dem gleichen ist mit einem oberflächlichen Überzug von Silicium-Halbleiterstoff, aus dem die Scheiben 3 und 4 be- karbid versehen. Sie kann aber in gleicher Weise stehen, aufgebracht. Dies kann beispielsweise durch vollständig aus Siliciumkarbid oder aus Quarz bethermische Zersetzung einer gasförmigen Halbleiter- 65 sjtehen.
verbindung geschehen. Wie aus F i g. 3 zu ersehen, ist ein mit Silicium-

Die Oberfläche der Unterlage und, in geringerem karbid überzogener Graphitträger 11 mit einem Über-

"Niylaß, die Oberflächen der Halbleiterscheiben 3 und 4 zug 12 aus Halbleiterstoff versehen. Auf dieser

Unterlage liegen die auf ihrer Unterseite mit Halbleiterstoff zu beschichtenden Halbleiterscheiben 13 bis 16 auf. Die Deckplatte 17, die die Oberseiten der Scheiben bedeckt, besteht aus mit Siliciumkarbid überzogenem Graphit. Die Abscheidung des Halbleitermaterial aus dem Reaktionsgas erfolgt dann hauptsächlich nur auf der Oberseite der Deckplatte und der Unterseite der als Heizer dienenden Unterlage und kann von dort ohne Schwierigkeiten durch Ätzen entfernt werden. Eine derartige Deckplatte kann selbstverständlich auch bei anderen Anordnungen als bei der in F i g. 2 dargestellten verwendet werden.

In F i g. 4 ist ein nach dem Verfahren nach der Lehre der Erfindung hergestellter Siliciumtransistor dargestellt. Auf einem p-leitenden einkristallinen Siliciumkörper 21 sind zwei η-leitende einkristalline Schichten 22 und 23 gleichzeitig aufgewachsen. Die Schicht 22 ist dabei mittels einer chemischen Transportreaktion hergestellt, während die Schicht 23 aus der Gasphase abgeschieden ist. Die Basisschicht 21 ist durch Einlegieren einer Pille 18 aus einem dotierenden Stoff kontaktiert. Die Emitterzone ist mit dem Emitterring 19 und die durch die Transportreaktion erzeugte Kollektorzone 22 mit einer Elektrode 20 versehen. Die Dicke der aufgewachsenen Schichten 22 und 23 sind etwa gleich und liegen in der Größenordnung von einigen Mikron.

Claims (17)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung durch Abscheiden eines Halbleiterstoffes aus der Gasphase und Niederschlagen des Halbleiterstoffes in einkristalliner Form auf einem einkristallinen, insbesondere scheibenförmigen Halbleiterkörper, der durch Wärmeübergang von einer mindestens an der dem Halbleiterkörper zugewandten Oberfläche aus Halbleiterstoff bestehenden Unterlage beheizt wird, in einem Reaktionsgefäß, wobei in dem Zwischenraum zwischen Halbleiterkörper und Unterlage bei entsprechender Wahl der Temperatur Halogenwasserstoff derart angereichert wird, daß der Halbleiterstoff der Unterlage in ein gasförmiges Subhalogenid übergeführt und unter Zersetzung des Subhalogenids auf der der Unterlage zugewandten Oberfläche des Halbleiterkörpers niedergeschlagen wird, dadurch gekennzeichnet, daß in das Reaktionsgefäß ein eine gasförmige Halogenverbindung des Halbleiterstoffes und Wasserstoff enthaltendes Reaktionsgasgemisch eingeleitet wird, dessen Zusammensetzung so gewählt ist, daß durch Anreicherung von Halogenwasserstoff bei entsprechend gewählter Temperatur im Zwischenraum zwischen Unterlage und Halbleiterkörper eine Subhalogenidkonzentration eingestellt wird, die einem Partialdruck von wenigstens 10~^e Atmosphären entspricht, so daß auf den einander gegenüberliegenden Oberflächen des Halbleiterkörpers gleichzeitig Halbleitermaterial abgeschieden wird, derart, daß sich auf der der Unterlage zugewandten Oberfläche des Halbleiterkörpers von der Unterlage stammender Halbleiterstoff durch Zersetzung des Subhalogenids niederschlägt, während sich auf der der Unterlage abgewandten Oberfläche bei der Pyrolyse des Reaktionsgases frei werdender Halbleiterstoff niederschlägt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Reaktionsgas eingeleitet wird, das neben der gasförmigen Halogenverbindung des Halbleiterstoffes und Wasserstoff eine Halogenwasserstoffverbindung von vornherein enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Reaktionsgas eingeleitet wird, dessen Halbleiterkomponente von dem Halbleiter der Unterlage verschieden ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Reaktionsgas eingeleitet wird, dem ein Dotierungstoff hinzugefügt ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Unterlage ein geläppter Halbleiterkörper verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Unterlage aus Graphit verwendet wird, die mit einem Überzug aus poly- bzw. feinkristallinem Halbleitermaterial versehen ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Unterlage verwendet wird, die wenigstens an der dem Halbleiterkörper zugewandten Oberfläche aus einem Halbleiterstoff besteht, der von dem des Halbleiterkörpers verschieden ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Unterlage verwendet wird, die wenigstens an der dem Halbleiterkörper zugewandten Oberfläche aus dotiertem Halbleiterstoff besteht.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Reaktionsgas ein von dem der Unterlage verschiedener Dotierungsstoff hinzugefügt wird, so daß gleichzeitig Schichten unterschiedlicher Leitfähigkeit und/oder unterschiedlichen Leitungstyps auf den beiden gegenüberliegenden Flächen des Halbleiterkörpers abgeschieden werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mehrere auf eine gemeinsame Unterlage aufgelegte Halbleiterkörper beschichtet werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere in ihrer Größe etwa dem Halbleiterkörper entsprechende Unterlagen verwendet werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß Unterlagen mit voneinander verschiedenem Leitungstyp und/oder verschiedener Leitfähigkeit verwendet werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage durch direkten Stromdurchgang beheizt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zum Beheizen der Unterlage ein Träger aus leitendem Material, z. B. aus Siliciumkarbid, verwendet wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß auf die der Unterlage angewandte Oberfläche des Halbleiterkörpers eine Deckplatte aufgelegt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Deckplatte verwendet wird, die wenigstens auf der dem Halbleiterkörper zugewandten Seite aus Siliciumkarbid besteht.

17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Deckplatte verwendet wird, die wenigstens auf der dem Halbleiterkörper zugewandten Seite aus Quarz besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 853 926, 865 160, 422, 950 848, 966 471;

deutsche Auslegeschriften Nr. 1 057 845, 1063 870;

»Electronics«, vom 8. 7.1960, S. 66/68.

In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 1 152 197.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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