DE1544191A1 - Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen - Google Patents

Description

General Electric Company, Schenectady IT.Y./ITew York

Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen. Sie betrifft insbesondere auch die Herstellung von Halbleiterbauelementen mit einer oder mehreren Schichten, die epitaxial nieäerge^ciil-;;qii oder 9US einem monokristallinen Subs tr st eines Hslbliitti/-meterials gewachsen- sind, und die nur in ?u3ge^T./£'hlten Bereichen scharf begrenzte, vorgewählte Begrenzungen haben, wache mittels einer Maske entstanden sind, die such einen dauerhaften Schutz und eine passivierende Schicht für das darunterliegende Halbleitermaterial darstellen kann.

Der Ausdruck "epitaxial gewachsen" bedeutet hier die Bildung einer Schicht aus monokristallinen Halbleitermaterial, (d.h. eine orientierte Kristallabscheidung), die auf einem monokristellinen Substrat niedergeschlagen ist und deren Kristallgitterstruktur eine Portsetzung der Gitterstruktur des Substrates ist, die sich jedoch insofern von dieser unterscheiden kann, als sie Verunreinigungen enthält, welche zur Ausbildung bestimmter elektrischer Eigenschaften, z.B.. de© Leitfähigkeit, des spezifischen Widerstands oder dergleichen, mit denen des Substrat nicht ausgestattet ist, notwendig sind.

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Das epitaxiale Züchten oder Niederschlagen eines monokristallinen Halbleitermaterial durch Zersetzung einer ' gasförmigen Verbindung dieses Halbleitermaterials ist bekannt, Nach einem bekannten Verfahren werden geeignete Halbleiterhallogene, wie z.B. Siliziumtetrachlorid, bei hohen Temperaturen mit Wasserstoff reduziert. Ebenfalls bekannt ist ein pyrolytisches Verfahren zum espitaxialen Züchten, wobei sich das Substrat, auf dem das epitaxiale ^ Wachstum stattfinden soll, innerhalb eines Reaktionsgefäßes auf genügend hoher Temperatur befindet, so daß unter einer Wasserstoffatmosphäre in der Nähe des ausgewählten Substrats eine ziigeführte gasförmige Halbleiterverbindung pyrolytisch dissoziiert, was ein Niederschlagen von Halbleitermaterial auf dem Substrat zur Polge hat. Ein anderes bekanntes Verfahren zum epitaxialen Züchten schliesst eine Disproportionierung ein, indem die als.Substrat für die epitaxiale Züchtung ausgewählte Auftreffplatte tine genügend tiefe Temperatur hat, damit eine erhitzte gasförmige Halbleiterverbindung, der sie ausgesetzt ist, in ihrer Nähe zersetzt und dadurch das gewünschte Halbleitermaterial auf ihr niedergeschlagen wird.

Obwohl das epitaxiale Züchten.eine Reihe von Vorteilen hat, z.B. eine leichte Steuerbarkeit der epitaxialen Schicht und der elektrischen Eigenschaften, wie z.S. des Leitf&higkeitstyps,des spezifischen Widerstandes oder der Verunreinigungekonzentration, ist die Anwendung des epitaxialen Zuchtverfahrens in der Industrie auf die Herstellung von Halbleiterpl· tten oder anderen relativ grossen Halbleiterkörpern beschränkt, aus denen dann später in anderen Verfahrensschritten Halbleiterbauelemente hergestellt werden. Es ist z^ar des öfteren versucht worden,

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das epitaxiale Züchten auch in susgewählten Gebieten Substnts zu betreiben, die z.B. durch eine I-I~skc- begrünst sind, doch zeichnen Gich diese Verfahren durch cutterst lsnge VechstruEuräteii und d^mit durch Isnge waclistumsseiten sus, die in der Größenordnung von Tcsgen liefen, Lis nütslicho Dicken erreicht sind, und die Kpske entfernt /erden k-^nn.

Der Erfindung liegt dsh-.r die /ufg^be zugrunde, ein Y^rflircn zur epitaxialen Züchtung von Halbleiterbauelementen Kit rn-Übergängen anzugeben, nach dem diese durch eine dauerhafte Ma-teda!maske hindurch epitaxial wachsen, die eine d"u«rh?-fte passivier/ende Schutzschicht für die pn-Übergänge bildet, welche an der Grenzfläche zwischen e.ner epitaxial sbgeschitdcnfiii Schicht und dem angrenzenden Halbleitermaterial entstcnen.

Die Erfindung beruht auf der Entdeckung, α,-ώ aas „ρΐ,ΐ. xiolo Wachsen auf der Oberfläche eines Substrata ruß Halcleiterinrterii?! in ausgewählten Gebieten mit scharfen, vorgewählten Grenzen dadurch r-ngeregt werden kann, dai man d-2 8 Halcleitornubstr!:t mit e^ner geeignutei^ Iviterialnacke versieiit, tixv ·,-.ü^j: u~ehh<:T erhalten bleirt. üio bildet eine ochut^sciiicht, die zur Vermeidung nachfolgender Ander-mgo? der elektriscnei: oder anderen Ligensch-¹ j'ten dts darunterlic-gonden Haltleitc-rjmiterial^ dient und auch d'Su geeignet ist, irgendwelche zwischen dem epitaxialen Niederschlag und darunterliegendem Halbleitermaterial gebilcfebe pn-Uber,". nge zu passivieren.

G-einäß der Erfindung ist ein evakuierbarer Eeaktionsrauin vorgesehen, in dem ein Einkristallsubstrst eines geeigneten HaItleiteraiaterials, z.B. Silizium, angeordnet ist,a uf dem eine mit ausgewählten öffnungen versehene Siliziumdioxidmaske liegt. Das Substrat ist ao angeordnet, äa& aein-e Oberflächen im wesentlichen koplanar mit einer der Kristallflächen sind, die durch die Killerschen Indizes an-uneben sind. Lin

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Halbleiterkörper als Quellkörper für das Halbleitermaterial ist dicht gegenüber dem Substrat angeordnet. Dieser Quellkörper oder das Substrat oder auch beide können vorher mit einer vorgewählten Anzahl von Störstellen versehen sein, die einen gewünschten Leitungstyp erzeugen. Weiterhin kann der Quellkörper auf eine· geeignete Temperatur, bei Verwendung von Silizium etwa 1000⁰C, gebracht werden, während das Substrat auf eine etwas höhere Temperatur, z.B. HOO⁰O, gebracht werdän kann. In das Eeaktionsgefäß kann weiterhin eine Atmosphäre aus Joddampf eingeführt werden, der unter einem geringen Druck von z.B. o,5 bis 5 Torr steht. Das Material des Quellkörpers, das irgendeine Störstellenkonzentration enthalten kann, bildet eine gasförmige Jodidverbindung mit dem Joddampf und wird schnell zu den ausgewählten offfenen Oberflächen des Substrats geführt, auf der es durch Zersetzung der gasförmigen Verbindung auf den ausgewählten Oberflächen des Substrats epitaxial niedergeschlagen wird. PN-Übergänge, die dadurch zwischen dem epitaxial niedergeschlagenen und dem darunterliegenden Material auegebildet werden, werden an ihren Sandern durch das Material der Maske abgedeckt, die auf diese Art einen dauerhaften, passivierenden Schutz für die pn-Übergänge bildet.

Das Verfahren gemäß der Erfindung hat einen weiten Anwendungsbereich, der sich auf die verschiedensten Halbleiterstoffe, die bei der Herstellung verschiedener Arten von elektronischen Halbleiterbauelementen nützlich sind, erstreckt. Obgeldeh die Erfindung hier anhand von Silizium beschrieben ist, kann sie auch auf andere Halbleitermaterialien wie Germanium oder halbleitende Verbindungen wie Indium-Antimonid, Galiim-Arsenid oder dergleichen übertragen werden, die in ähnlicher Weise in ausgewählten Mustern epitaxial gezüchtet werden können.

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Obwohl die Theorie, die dem hier beschriebenen Verfe hren zugrundeliegt, noch nicht voll erfasst ist, wird angenommen, daß einer der Punkte, die den Erfolg des Verfahrens ausmachen, die beschleunigte epitaxiale Wachstumsrate des hier beschriebenen Verfshrens ist, durch die die Zeit, während der das Material für die Maske chemisch angegriffen oder in anderer Weise bei den verwendeten Temperaturen schädlich beeinflusst werden kann, auf ein Minimum herabgesetzt wird. Es können nach diesem Verfahren für die epitaxiale Schichtdicke z.B. Wachstumsgeschwindigkeiten von fünf Mikrons pro Minute erhalten μ werden und daher kann eine o,o5 mm (o,oo2 ±ch eioke epitaxiale Schicht schon in etwas zehn Minuten heranwac )tü, Weiterhin sind die hier verwendeten Temperaturen um einen wesentlichen Betrag, nämlich 100° - 200° G, kleiner als bei anderen epitaxialen Zuchtverfahren, bei denen z.B. 1200° - 1400° G bei der Heduktion von SiliziumtetT3chlorid mittels V/a ss er stoff s verwendet werden. Bei tieferen Temperaturen wird eine übermäßige Kernbildung oder ein äußeres epitaxiales /achsen auf der Maske sowie an anderen unerwünschten Stellen stark vermindert. Schliesslich wird auch bei dem Verfahren gemäß der Erfindung die Anwesenheit von Wasserstoff vermieden, wodurch die Maske keiner korrodierenden chemischen Reduktion ausgesetzt ist, der sie bei den vawendeten Temperaturen in der Gegenwart von Wasserstoff unterlegen würde. Daher bleibt während öss gesamten Verfahrens die Eigenschaft der 14aske, ausgewählte Flächen für die epitaxiale Züchtung zu begrenzen, bestehen, während die Beständigkeit der Maske einen wirksamen und dauerhaften, passivierenden Schultz für die darunterliegenden Zonen darstellt.

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Es hat sich weiterhin gezeigt, daß bei den Temperaturen, bei denen das Verfahren durchgeführt wird, die epitaxial niedergeschlagenen Atome eine bevorzugte Affinität zu den offenliegenden Gebieten des Substrats haben, während ihre Affinität zu der Oberfflache der Maske relativ gering ist. Daher ist die epitaxiale Abscheidung der gasförmigen Halbleiterverbindung nahezu vollständig auf die ausgewählte Fläche oder ausgewählten Flächen auf dem Substrat begrenzt, die offenliegen und durch eine öffnung oder Öffnungen in der Maske begrenzt Bind.

Die Erfindung wird nun auch anhand der beiliegenden Abbildungen ausführlich beschrieben, wobei alle aus der Beschreibung und den Abbildungen hervorgehenden Einzelheiten oder Merkmale zur Lösung der Aufgabe im Sinne der Erfindung beitragen können und mit dem Willen zur Patentierung in die Anmeldung aufgenommen wurden.

Die Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein Gerät, das zur Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung geeignet

Die Fig. 2A und 2B zeigen im Schnitt die Herstellung eines Substrats, das erfindungsgemäß verwendet wird.

Die Fig. 3 zeigt im Schnitt einen Ausschnitt der Fig. 1.

In den Fig. 4-8 sind schliesslich weitere Ausführungsbeispiele für Halbleiterbauelemente gemäß der Erfindung dargestellt.

Nach der Figur 1 ist durch ein/Reaktionsgefäß 2, das aus einem geeigneten wärmeabstossenden und nichtreagierenden Material, z.B. Quarz hergestellt ist, eine evakuierbare Kammer begrenzt?.

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Ein Bohr 4 verbindet über ein Ventil 8 "das Reaktinnsgefaß mit einer Vakuumpumpe 6. l^ine Zuführleitung Io für Joddampf führt vom Reaktionsgefäß 2 über ein Ventil 12 zu einer Kammer 14, die als Quelle für den Joddampf wirkt. Sie enthält Jodkristalle 16, die mittels einer geeigneten Heizvorrichtung sublimiert werden können, z.B. einem Heizband IB, das um die Kammer gewickelt ist und durch eine Steuervorrichtung 17 für die Temperatur mit Energie versorgt wird. Eine Quelle 19 für indifferentes Gas, z.B. Argon, das das Reaktionsgefäß reinigen soll, ist über ein Ventil 2o ebenfalls mit der Zuführleitung Io verbunden. In dem Röaktionsgefaß befinden sich Halbleiterkörper 21, die durch eine Platte 22 aus nicht reagierendem Material, z.B. ..uars, getragen sind. Unterhalb der Platte 2? ist eine elektrische Wider- · standsheizung 24 angeordnet, die die Temperatur innerhalb des Reaktionsgefäi3es einstellt. Die Widerstandsheizung 24 und die Platte 22 sind von Wärraeabsehimungen 26 und 26 aus z.B. T-mtalblech oder ähnlichem umgeben, die geeignete öffnungen 3o zum Durchströmen des Gases aufweisen.

In der Pig. 3 ist ein Halbleiterkörper 3<Z aus monokrist^llinem Material gezeigt, der als Substrat für das epitaxiale Wachsen gemäß der Erfindung dient. Das Substrat 3^ kann aus einem homogenen, monokristallinen Körper aus Halbleitermaterial, z.B. Silicium mit einem gleichförmigen, vorgewählten Geaalt an Verunreinigungen} oder euch aus einem monokristsllinen Körper bestehen, der eine Anzahl von Schichten oder Zonen mit verschiedener Störstellendiciite snfchült, und der vorher ebenfalls durch epitaxiale Züchtung oder auch irgendwie anders hergestellt worden ist. Dos Substrat 32 ist mindestens auf derjenigen Oberfläche, die als Ausgangsfläche für d3s epitaxiale 'Wachstum dienen soll, mit einer Maske versehen. Wie die Pig. 2A veranschaulicht, ist die ausgewählte Oberfläche auf dem Substrat mit einer kontinuierlichen Schioht

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34 aus Maskenmaterial, z.B. Siliziumdioxid, bedeckt. Dieses . kann nach irgendeinem bekannten Verfahren, z.B. durch thermische '■' Oxidation, erreicht werden, wobei die ausgewählte Oberfläche des Substrats bei Temperaturen von etwa HOO⁰C einem oxidierenden. Medium ausgesetzt und dabei in Siliziumdioxid umgewandelt wird, das eine geeignete Dicke von z.B. etwa 5000 bis 2o ooo A hat. Ausgewählte Teile dieser Oxidschicht 34 werden dann, wie es die Pig. 2S zeigt, z.B. mittels dee bekannten fotolithografiechen Itzverfahrens entfernt. Die entstehende, mit wahlweisen öffnungen versehene Oxidschicht des Substrats bildet dann eine Hasse 36, deren öffnungen ausgewählte Teile 38 und 4o der Oberfläche des darunterliegenden Substrats 32 offen lassen, die scharfe, vorgewählte Begrenzungen haben.

Das mit der Maske bedeckte Substrat 32 wird derart auf die Platte 22 im Reaktionsgefäß 2 gelegt, daß die entblößten flächen 38 und 4o nach oben gerichtet sind. Sodann wird ein Quellkörper 42 über dem Substrat angeordnet, so daß er diesem gegenüber liegt, wie es die Pig. 3 zeigt. Der Quellkörper 42 braucht nicht aus monokristallinem Material zu bestehen, doch enthält er diejenige Verunreinigungskonzentration, die auch die epitaxial auf dem Substrat niedergeschlagene Schicht enthalten soll. Der Abstand des Quellkörpers von dem Substrat ist vorzugsweise o,l-2mm(4-8o mils). Er wird durch einen Abstandsring 5o aus Quarz oder einem anderen nichtreagierenden Material eingestallt, der die vorkommenden Temperaturen aushalten kann und auf dem der Quellkörper aufliegt. Der* Abstandsring, der auf der Platte 22 ruht und dabei das Substrat 32 umgibt, kann an seinen Enden Mit Kerben oder mit einer Anzahl anderer kleiner öffnungen versehen sein, wie es bei 52 in der Pig. 5 gezeigt ist, damit eine genügende Menge Joddampf in den Baum zwischen dem Substrat und dem Quellkörper eindringen kann, dessen Turbulenz jedoch auf einem Minimum gehalten wird.

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Nach der Einführung von einem oder mehreen Elementen 21 aus Substrat und Quellkörper wird das Reaktionsgefäß von der Quelle 19 aus gereinigt und dann auf einen Druck von etwa 10 Torr evakuiert. Danach wird die Widerstandsheizung angestellt und das Substrat auf eine Temperatur von etwa HOO⁰C (etwa 1050° 0 durch optisches Pyrometer) erhitzt. Die Temperatur des Quellkörpers wird vorzugsweise auf einer Temperatur gehalten, die etwa 100° 0 unterhalb der Temperatur des Substrates liegt, was durch geeignetes Anlegan der Wärmeabschirmungen 28 erreicht wurden kann.

Die Temperatur des Substrates 32 sollte zwischen einer niedrigsten Temperatur, die als "praktische Jodidzersetzungstemperatur" bezeichnet wird, und einer höchsten Temperatur, die "Jestkörperstabilitätstemperatur" heißt, liegen. Die "praktische Jodidzersetzungstemperatur" ist die unterste Temperatur, bei der sich das Jodid oder die Halbleiterjodide oder Bestandteile davon, wenn eine Halbleiterverbindung verwendet wird, zu zersetzen beginnt und Halbleitermaterial auf dem Substrat mit annehmbaren und praktischen Geschwindigkeiten, nämlich mindestens ein Mikron Dicke pro Minute, abgeschieden wird. Die "lestkörperstabilitätstemperatur" ist die höchste Temperatur, bei der das Substrat noch im festen Zustand stabil bleibt. Mir elementare oder einatomige Halbleitermaterialien ist sie die höchste Temperatur, unterhalb der das Material des Substrates im festen Zustand noch stabil bleibt, was etwa der Schmelztemperatur entspricht. Für Halbleiterverbindungen, wie z.B. Gallium-Arsenid, ist sie schliesslich die höchste Temperatur, bei der unter einer Atmosphäre noch keine Zersetzung oder Dissoziation einsetzt. Diese Temperatur kann offenbar dadurch angehoben werden, daß man einen Rückdruck der flüchtigeren Substanz hinzufügt, d.h., z.B. Arsen, wenn man Ga11ium-Arsenid verwendet.

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Zum Beginn des epitaxialen Wachsturas gemäß der Erfindung wird Joddampf in das Reaktionsgefäß 2 eingeleitet. Obwohl die Erfindung nicht durch die folgende Beschreibung beschränkt .sein soll, sei angenommen, daß der Joddampf, der durch die Öffnungen im Abstandsring 5o in den Hohlraum zwischen dem Substrat 32 und dem Siliziumkörper 42 eintritt, mit der auf tieferer Temperatur befindlichen Oberfläche des -,uellkörpers in Berührung gelangt, sich mit den Oberflächenmolekülen des Quellkörpers 42 verbindet, sich von dem ^uellkörper trennt und dadurch ein gasförmiges Jodid bildet. Des entstandene Jodid diffundiert schnell auf diejenigen Teilen 38 und 4o der Substratoberfläche 32, die durch die Öffnungen in der Maske 36 offen gelassen sind, worauf die Höhere Temperatur des Substrates das Jodid zersetzt, das Halbleitermaterial aus dem Quellkörper 42 auf den offenen Stellen 38, 3o des Substrats 32 abschseidet, wie es die Pig. 4 bei 56 zeigt, und das Jod frei gibt, so daß es zum «,-uellkörper zurückkehren und sich von neuem an dem Transport von Halbleitermaterial vom '-uellkörper aus beteiligen kann. Da die Oberfläche des Quellkörpers 42 dadurch gleichförmig abgetragen wird, wird dessen Störstellenkonzentration mit hoher Genauigkeit auf der epitaxial niedergeschlagenen Schicht 56 neugebildet, und die auf ein Minimum herabgesetzte Turbulenz innerhalb des Hohlraums zwischen dem Quellkörper 42 und dem Substrat 32 läßt es zu, daß der epitaxiale Niederschlag mit hoher Gleichförmigkeit in Bezug auf die Dicke und den spezifischen Widerstand auf den ausgewählten Flächen des Substrats aufgetragen wird.

Die Wachsturasraten des epitaxialen Niederschlages des ' Materia .!.s des Quellkörpers auf dem Substrat können außerordentlich hoch sein, und z.B. Werte von 2 bis Io Mikrons Dicke pro Minute

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erreichen. Der epitaxiale Niederschlag 56 bildet eine Fortsetzung des ursprünglichen Kristallgitters des Substrats, doch zeigt die Fig. 4, daß er nur auf denjenigen Stellen 38 und 4o ersoheinti die durch die Öffnungen in der Maske offen geblieben sind· Wenn der epitaxiale Niederschlag dicker als die Maske wird, dann kann bei weiteren Abscheiden auch ein seitliches Wachsen des Niederschlages auf den offenen Oberflächen austreten, das sich, wie es bei 58 in der Fig. gezeigt ist, etwas über die Maske hinaus erstreckt. Die Störstellenkonzentration des epitaxial niedergeschlagenen Materials ist direkt durch die Störstellenkonzentration des Quellkörpers bestimmt.

Wenn die epitaxiale Schicht 56 einen entgegengesetzten Leitungetyp wie das Substrat 32 aufweist, dann entsteht an der Grenzfläche ein pn-übergang 59, dessen Peripherie automatisch durch den angrenzenden Teil der Maske 36 bedeckt ist. Da die Maske 36 während des epitaxielen Wachstumsprozesses kleiner nennenswerten Korrosion oder anderen schädlichen Einflüssen unterworfen ist und als dauerhafter Schutz für das darunterliegende Halbleitermaterial auf den entsprechenden Stellen verbleibt, dient sie als dauerhafte passivierende Schicht für den Übergang 59·

Der Druck des Joddampfes, der dem Reaktionsgefäß zugeleitet wird, liegt vorzugsweise zwischen o,5 und 5 !Dorr, damit eine Rücktransport von TSubstratmaterial zum Quellkörper 42 vermieden wird, der durch einen zu hohen oder zu geringen Druck des Joddampfes gefördert wird. Außerdem soll dadurch vermieden werden, daß das Material vom Quellkörper mit einer Geschwindigkeit abgetragen wird, die für eine epitaxiale Abschfiidung guter Qualität auf dem Substrat zu hoch ist.

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Vf'emi ein gewünschtes I-foiB des epitaxialen Wachstums erreicht ist, was durch die gewünschte Dicke der Zone 56 angezeigt wird, wird das Verfahren durch Abschalten der Widerstandsheizung 26, durch Schließen des Ventils 12 sowie durch Reinigen des Reaktionsgefäßes mit einem Eeinigungsgas aus der .,uelle 19 beendet.

U in besonderer Vorteil der Erfindung ist es, daß ein beliebiges Profil der Störstellenkonzentration als Funktion der Tiefe « in der epitaxial gewachsenen Zone erhalten werden kann. Wenn men beispielsweise eine Anzahl von Quellkörpern nacheinander während des Wachstumsprozesses gegenüber dem Substrat anordnet, dann können so auf dem Substrat eine Anzahl von epitaxialen Schichten nacheinander auf dem Substrat niedergeschlagen werden, die alle eine vorgewählte Störstellenkonzentration aufweisen. Daher können auch besonders steile Änderungen in der Störstellenkonzentration der gewachsehen Schichten oder zwischen dem Substrat und einer gewachsenen Schicht oder sehr steile pn-Übergänge vom p-Typ zum η-Typ erhalten werde?, wcs im Gegenoatz zu den stufenförmigen Änderungen der Störstellenkonzentration mit Tiefen, die für die bekannten Diffusionsmethoden typisch sind, steht. Andererseits kann auch ein Quellkörper mit einem vorgewählten Störstellenprofil verwendet werden, das dann auf der epitaxialen Schicht in gleicher Weise neugebildet 'wird.

Beispiel 1

Das Bauelement nach der Fig. 5 kann wie ügt nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt werden, wobei ein Gerät nach

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der Fig. 1 verwendet wird. Ein iubstrat öl j us monokristalliiie-m Silizium (FIg, 5A) uiit einem Durchmesser von etwa 2,5 on und einer Dicke von o,15 mm (7 mils), das his au einem spezifischen Widerstand' von 3 Ohm * cm mi'b Phosphor auf n-Leitf'ihigkeit gebracht und mit den Haup tflachen in der 111- ■ Ebene (ilillerache Lndizer,) angeordnet ist, wird-zur Bildung einer I-uske 62 aus Siliciumdioxid ύοϊϊ etwa 15 ooo ä Dicke thermisch'oxidiert, iiiine Reihe von etwa 2 000 runden uffnim^-^:

64 von je etwa o,12 rira ( 5 mils) Durchmesser v/erden derart Λ

in der tüske gebildet, d·^ sie einen Abst^iä von o,5 mm (2o mil."j) von Mittelpiuiirt au Mittelnunicb haben, indevu ein bek:-n"iM"" j-y Verfahren, bäjüihend ms li'iht-l kiirisoller Bede-ikui^:, Belichtung, y^ohen und ^t 3 en, angewendäi; wird. Das 3 übst rs υ -^:1 wird au;.' die Platte :: ' i± lieoktionögef':'-.'o j gelegt, wie es die Fig. 1 und 3 neigen. Gegenüber den; Substrat wird ein Üili^iumkörper angeordnet, der einen uimLneseev von 2,5 mn (l ixioh) eine Dicke von o,25 ca (loo rails) und eine dureh l'or p-LeitfEiligkeit besitzt, die einem sperriflachen ,/iderst^n?.

von - Ohm · ^cm entspricht. Das Reaktionsgefäii v/ird etwa fünf

-5 Minuton lung mit Argon gereinigt, auf einen Druck von 10 Torr evakuiert und d'?nn gegenüber der Vakuumpumpe 6 fest

rjbgedi-.'lrS'-fc.. Doii^ch wird die Heisvorriohtnng 26 eingeschaltet "

und das Jubativ-Jt ¹Uf dine 'fempsratur von 1050° G (optisches Pyrometer) erhitat. Ansohlioa-send --/erden die Jodkrietolle auf ein,-; i¹ ■'rip er at uv '/on etwa 5^:;° 'J gebracht und der Jodd^rnpf wird in das iie^kbionsgef^ii eingeleitet, blo der ■Druck de.3 JOddeüipies im Reaktionsgefäli 3 Torr bet ragt.

Hierauf findet die; Übertragung von Hiliüiura vom ■■cuollkorper zma Jubatrat ütatt, 'ind n-aeh 15 Himi^ten wird dor Transport durch Abs ehalt,mg der ./idersteidsh&i^ung 26, durch ochließ3on dos Ventils Yl und durch .Reinigung des Re-iktioringefUßes mit Argon beendet. Dybei bildet aich eine epita:ci-jle -ilctiicht 5-i von otwa o,o7 tiini ( 3 mila) auf

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- u-

jeder ausgewählten Fläche 3uf dem Substrat aus, die durch die l-ieske offen gediehen v/ar, und jede epitaxiale Schicht oJ h'M; elii^r: ρ-L.:i tf'-nigi: ;-it entsprechend einem spezifischen ν,-ich-ryt'Mid von et'./:· ^ Ohm * cm, so daß sich an der Grenzfläche zu!.; ;,ubstr"vt ei. ·;/ι-Π::·^vng 7o bildet. Jeder so entstandene pn-., lierg-mv h.^'j tuie i'erij.her'ie oder eine äußere Begrenzung, die .j-ir:iüi? der Fig. :.J.; bei 72. unterhalb der Oxidmaske 62 endet uri'l datier durch die joseuMtat und gegenüber Kriechströmen, 0!)··-'-"n'U-cihenpotentislL'nderungen und anderen späteren chemischen oder elektrischem Veränderungen passiviert ist.

Ai-.i uekannte .Vl¹C und weise kann das Bauelement dann mit n-:t·'-Lli3 3r.er; i-Io:ir.ekten 74 ("Pig. 50) auf jeder p-Zone versehen un I ."-Ul bekannte .Vj?fc in ^ooo einzä.ne oder diskrete Halbleiter-■·■: U:; LcViionte «i:rle;i; -./ui-den, die alle einen douerjßaften, durch Oxid passivi&rten c>:-Übergung aufv/eisen.

Fe 13 n.el 1:

Hit: ?lg. ό zeigt einen Transistor >30, dessen Basiszone '.:2 G₁:it-.!.Ii::! :uf einen Kollektorsubstrat 84 niedergeschlagen wurde, welches bei ο5 nit einer Oxidmaske versehen ist, die auf das in Verbindung mit der ?ig. 5 beschriebene Verfahren gebildet

-""'I ±sz ":.■"!."c einer Siliziumdioxidschicht

ν vor. ■";■"■:.■ 1; υΟΟ Λ Dicke bedeckt, in die eine Öffnung ⁽ja <-.I:".,..■ el?53s^f3ü ist, ir::: εΐαβη ausgewählten Teil des Basissubstrats off.'c.] 3Li lessen, auf dem dann eine Emitterzone 9o epitaxie! niederges ohl-.-gen wird. Die Abscheidung der Emit tee one gesohieht vat' die gleiche "./eise,v/ie es ifr Verbindung mit der Fig. 5 beschrieben ist, v/obei lediglich der vuellkörper aus Silizium besteht, dys bis au einem spezifischem widerstand .von o,ol Ohiii · cn mit Phosphor gedopt ist. Die Uieder3chlagszeit beträgt

⁰⁰MAMiM³

eine Minute, so daii eine Emitterdieke von 5 Kikrons entsteht.

lis ist offenbar, daß zwei, drei oder jode beliebige; A:i2'hl von epitaxial gewachsenen Schichten genieß der Fi-;. ' übereinander angelegt v/erden kann, wobei jede Schicht ihren eigenen Dotierungs grad und ihre eigene Dotierungsart hat, die von den j;u ihr gehörenden ^uallkörper bestimmt sind-, v.\^:hrend ihre spezielle Form von der jeweiligen Maske und ihre Dicke xcn der ..nchstumsgeschwindigkuit und von der "./';ciisturnDiicit --bh^rngt. Ein pn-Uberg?3ng ⁽j2 zwischen der B'-sis B< und dr^ri Kollektor 84 hat eine P.ripherie 94, die unterhalb eine-" O:-:idschicnt 3f: endet, so dal? aie dauerhaft passiviert i:3t. Iii ^Icichc-r '.,',ise ist ein pn-übergang 96'awischen der Γ'-siG o2 und dcni iirnittßr 9o durch eine Oxidschicht M6 passiviert, äs sie unterhalb dieser endet.

Beispiel 3

Die Pig. 7 zeigt einen Tr^Qnsistor nit einer p-leiüonden Basis loJ, die epitaxial gemüß der Ivri'indunj 'ibgeschieden ist.

Eine η-leitende Lmitteraone Io4 im oberen Tuil der Basis loZ

ist jedoch nicht epitaxial'gemi-fi der '. rfindunir gewachsen, "

sondern mit I-ilfe von Oxidnwsken und eine-r. der bekannten DiffusionsveriV'hr;η ,entstanden. Ein dur^h e;;itaxi-^;le Al:s?heidun~ entstendcne Kollektor-Easis-Übergang Ioο χει nit einer Oxidnaske loS tedeckt und durch sie passiviert, während ein Emitter-*3'^>ris-l'"b'r^ang Ho durch eine Oxidschicht 111 bedeckt ist, die als Kaske für das Eraitterdiff.usiorisverf9h.ren gelorseiit

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Beispiel 4

In der Pig. 8 1st schliesslich ein weiterer Transistor gezeigt, ■ dessen Basiszone 12o durch eine der bekannten Diffusionsverfahren hergestellt ist, während sein Emitter 122 epitaxial durch eine öffnung in einer Oxidschicht 124 gewachsen ist, die den Rest der Basiszone 12o bedeckt. Es ist offensichtlleh, ^ daß der Emitter-Basis-Übergang 126 mit einer Oxidmaike ₍ 124 bedeckt und von ihr passiviert ist, während der Kollektor-Basis-Übergang 128 von einer Oxidschicht 13o bedeckt und von dieser passiviert ist, die als Makke für <bs Diffusionsverfahren für die Basis dient.

Aus der Beschreibung geht hervor, daß das Verfahren gemäß der Erfindung eine Anzähl von entscheidenden Vorteilen hat.

Erstens verläuft der epitaxiale Wachstumeprozess sohneil, bife relativ geringem Temperaturen und unter Herabsetzung der Korrosion der Oxidmaske durch Vermeidung von Wasserstoff euf eine Minimum. Dadurch entstehen Flächenhalbleiterbauelemente, deren Übergänge und darunter liegende Zonen automatisch passiviert sind. Zweitens ist eine genaue Steuerung dee Gradienten und des Profils der StöretellenkonzentratLon in den epitaxial wachsenden Zonen möglich, wodurch ein völlig neuer Anwendungsbereich ,bei der fabrikatlonsmfißigen Herstellung von Halbleiterbauelementen mit pn-Übergäng^n erzielt wird, ,die nicht den Beschränkungen unterliegen, die mit den bekannten Diffusionererfahren einhergehen.

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Claims (6)

Λ4191 Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, ηεοη dem auf ausgewählten 'freien Teilen auf der Oberfläche eines monokristallinen Substrats aus Halbleitermaterial eine Schicht aus Halbleitermaterial epitaxial abgeschieden wird, die mit der darunterliegenden Zone des Substrats eine G-renzfl-lche ausbildet, deren Rand unterhalb einer Siliziumdioxidschicht endet, d a durch gekennzeichnet, daß die ausgewählten freien Teile (38,4-0) auf dem Substrat (52) durch Öffnungen in der auf dem Substrat befindlichen Siliziumdiozidir^ ake (34) begrenzt werden, daß das Substrat in einem ger.U, ;3;-i bstand gegenüber einem Quellkörper (42) aus Halbleitern.··, uti-ial "mit vorgewählter Störstellenkonzentration angeordnet und auf eine Temperatur von etwa 1100^σ G erwärmt wird, während der Quellkörper auf eine Temperatur von etwa 1000 0 gebracht wird, uiiJ ΉS ν ■ η zwischen das Substrat un den Quellkörper Joddrmpf unter eiaen Druck von 1/2 bis 5 mm Hg einleitet (52).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (32) von dem Quellkörper (42J, der einen entgegengesetzten Leitungst^p aufweist, in einem .bstand von 0,1 - 2 mm (4 - 80 mils) angeordnet ist, d .ß mv η zur Bildung einer Jodidverbindung*. Jodd-mpf mit dem Quellkörper zur Reaktion bringt und diese d*nn zur Zersetzung der Jodidverbindung -solange mit ausgewählten Teilen (33, 40) -uf der Oberfläche des Substrats in Berührung bringt, bis sich eine epitaxide Schicht (56,68) auf der darunterliegenden Zone ausgebildet h-t, die mit dem Substrat einen pn-übergang (fO,70) bildet.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, d ·- d u r c h gekennzeichnet, daß ein Teil der Oberfläche des Substr tts st us Silizium unter Bildung einer Siliziumdioxidmaake

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oxidiert wird, die zur Ausbildung ausgewählter freier Teile mit öffnungen versehen wird.

4. Verfahren nach dem Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliziumdioxidmsske eine Dicke von

' 5 000 - 20 000 Ä hat.

5. Verfahren η ch dem Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliziumdioxidmaske ^uf dem Halbleiterbauelement zur Bildung einer dauerhaften und passivierenden Bedeckung der pn-Übergänge beiessen wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5» dadurch gekennzeichnet, daß ein monokrist^lliner Halbleiterkörper mit einer mit Öffnungen versehenen Oxidmaske bedeckt wild, die ausgewählte Teile des Halbleiterkörpers offen I'i2t, auf denen ein anderes Halbleitermaterial epitaxial abgeschieden wird, derart, d-^r-i3 eine Grenzfläche zwischen dem Halbleiterkörper und dem anderen Halbleitermaterial entsteht, deren äußerer Rand (60,72) unterhalb der Oxidmaske liegt und d uernd von dieser bedeckt v/ird.

009809/1382 BAD ORIGINAL

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