DE1444496A1

DE1444496A1 - Epitaxialer Wachstumsprozess

Info

Publication number: DE1444496A1
Application number: DE19621444496
Authority: DE
Inventors: James Brian D; Hale Arthur P
Original assignee: Fairchild Camera and Instrument Corp
Current assignee: Fairchild Semiconductor Corp
Priority date: 1961-12-11
Filing date: 1962-12-10
Publication date: 1968-10-31
Also published as: US3156591A; CH409887A; NL286507A; GB988897A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen verbesserten Prozeß für das epitaxiale Xtfachstum halbleitender Materialien«

Es ist auf diesem Gebiet bekannt, zusätzliches Material auf einem monokristallinen Plättchen eines Halbleiters wachsen zu lassen, um auf diese Weise das monokristalline Gebilde durch epitaxiales Wachstum zu vergrößern» Diese Erfindung schlägt eine Verbesserung bei epitaxialen Wachstumsprozessen durch die Verwendung eines integralen Schutzüberzuges auf dem zu bearbeitenden Plättchen vor» Obwohl die Verwendung von Masken bei der Dampfablagerung bekannt ist, erfolgt mit Hilfe des vorliegenden Prozesses eine genaue Bestimmung des Wachstumsausmaßes mit einer anhaftenden Maske, während er gleichzeitig eine Ablagerung auf der Maske verhindert» Obwohl man zunächst meinen mag, daß die Dampfablagerung oder Verdampfung von Materialien in epitaxialen

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Wachstumsprozessen die unvermeidliche Ablagerung solcher Materialien auf jeder Maske oder dgl., die zur Regelung der Ablagerung verwendet wird, zur Folge haben wird, sorgt der vorliegende Prozeß für die Ausschaltung solcher unerwünschter Ablagerungen. Dies ist dadurch besonders vorteilhaft, daß das gemäß der vorliegenden Erfindung abgelagerte halbleitende Material demnach nicht die dabei verwendete Maske bedeckt, sondern sich ausschließlich auf den freiliegenden .Flächen des darunter liegenden halbleitenden Materials ablagert.

Der Prozeß dieser Erfindung schlägt geregelte Temperaturbedingungen für die Ablagerung von Material auf einem halbleitenden Plättchen oder dgl. vor, um auf diese Weise ein epitaxiales Wachstum von gleicher E^nkristallstruktur auf einem solchen Plättchen zu bilden. Die sich ergebenden erhöhten Teile des Plättchens bestehen mit dem ursprünglichen Plättchen aus einem einzigen Kristall bzw. sind "monokristallin" und können, wenn es zweckmäßig ist, eine unterschiedliche Yerunreinigungskonzentration gegenüber dem Plättchen oder eine vollkommen andere Polarität durch die Einschließung einer anderen Art von Verunreinigung in dem gewachsenen Teil des fertigen Gebildes haben. Die vorliegende Erfindung findet auf diese Weise ein weites Anwendungsgebiet in der Herstellung von Halbleiterbauelementen, wie z.B. Transistoren, und auch auf dem Gebiet der Schaltungen im festen Zustand.

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Das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen

Fig. 1 schematisch in den Teilen A "bis D getrennte Schritte in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung darstelltf

die" Figuren 2 und 3 eine zur Durchführung des Prozesses dieser Erfindung geeignete Vorrichtung darstellen?

die Figuren 4 und 5 ein teilweise fertiggestelltes Halbleiterbauelement darstellen, welches gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet ist und besonders dargestellte Formen der gleichrichtenden Übergänge aufweist;

Fig. 6 eine Draufsicht auf einen Teil einer Schaltung im festen Zustand ist, wie sie gemäß dem Prozeß dieser Erfindung gebildet werden kann, und

Fig. 7 eine Schnittansicht gemäß der linie 7-7 in Fig. 6 ist und insbesondere den übereinanderliegenden Aufbau darstellt, wie er gemäß der Erfindung hergestellt werden kann.

Eurz gesagt besteht die vorliegende Erfindung darin, daß man zuerst einen anhaftenden Schutzüberzug auf ein Plättchen aus halbleitendem Material aufbringt. Wenn ein Siliziumhalbleiter verwendet wird, wird der Überzug durch Oxydation der Oberfläche, um Siliziumdioxyd zu bilden, hergestellt.. Dieser Überzug wird als eine Maske verwendet, und es werden Öffnungen darin hergestellt, um begrenzte Flächen des Halbleiters für ein epitaxiales Wachstum von zusätzlichem Halbleitermaterial darauf freizulegen.

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Nachdem der Überzug aufgebracht und die Öffnungen darin hergestellt wurden, wird das halbleitende Material oder Substrat, wie es bezeichnet werden kann, auf eine erhöhte Temperatur gebracht. Die Temperatur des Substrates wird zumindest so lange aufrecht erhalten, wie es für das epitaxiale Wachstum notwendig ist. Im Falle eines Halbleitermaterials aus Silizium mit einer aufliegenden Siliziumdioxydmaske wird das Substrat auch auf eine Temperatur erhöht, die über der Verdampfungstemperatur von Siliziumnionoxyd liegt. Silizium wird dann verdampft und auf der freiliegenden Oberfläche des Substrats durch die Öffnungen in der Maske abgelagert. Obwohl man annehmen kann, daß solches Silizium sich auch auf der Maske ablagern wird, hat die Tatsache, daß das Substrat und die Maske auf der obengenannten Temperatur gehalten werden, die Bildung von flüchtigem Siliziummonoxyd zur Folge. Infolgedessen bildet das überschüssige Silizium, das sich sonst auf der Maske ablagert, die Verbindung SiO, die sich verflüchtigt und zerstreut. Es ist in diesem Zusammenhang weiter zu bemerken, daß die Aufrechterhaltung dieser Temperatur die Kondensation von Siliziummonoxyd auf dem Substrat oder der Maske verhindert. Der Prozeß dieser Erfindung kann solange durchgeführt werden, bis sich die Maske vollständig verflüchtigt hat und so von dem Substrat entfernt ist. Die Molekularablagerung von halbleitendem Material auf der freiliegenden Oberfläche eines Substrats erzeugt ein epltaxiales Wachstum darauf unter den Bedingungen, daß das

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Substrat auf einer Temperatur Über der für ein epitaxiales Wachstum notwendigen Temperatur gehalten wird. Bei Fortsetzung des Prozesses "bis zur vollständigen Entfernung der Maske ist dann eine Erhöhung in Form eines sich aus einer Ebene erhebenden Tafelberges, eine Mesakonfiguration, entstanden, deren seitliche Ausdehnung durch die Abmessung der ursprünglichen Öffnung in der Maske bestimmt ist, wobei das gesamte Gebilde monokristallin ist.

Bei der folgenden Betrachtung der Schritte des Prozesses in etwas größeren Einzelheiten, wie sie sich auf eine .bevorzugte Art der Durchführung beziehen, wird zuerst auf die Fig. 1 Bezug genommen, die aufeinanderfolgende Schritte bei der Vakuumablagerung von Silizium auf einem Plättchen für ein epitaxiales Wachstum des Plättchens darstellte Wie Fig» 1A zeigt, ist zu Anfang ein monokristallines Süiziumplättehen 12 mit einem Siliziumdioxydüberzug 13 darauf vorhanden. Eine öffnung oder ein Loch H ist in diesem Überzug 13 ausgebildet, und zwar nach dem Fachmann bekannten herkömmlichen Techniken, um auf diese Weise eine begrenzte Oberfläche 16 des Plättchens freizulegen. Auf dieser Oberfläche 16 wird das epitaxiale Wachstum gemäß dieser Erfinduiig durchgeführt. Die ■Vakuumablagerung wird in einem geeigneten Behälter, wie er unten beschrieben wird, ausgeführt j die Evakuierung ist in Fig. 1A durch die Blockpfeile 17 angedeutet.

Das Plättchen 12 wird erwärmt, wie es durch die schwarzen Pfeile 18 angezeigt ist, um auf diese Weise das

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Plättchen auf eine Temperatur zu bringen, die für ein epitaxiales Wachstum von Silizium auf- der Oberfläche 16 des Plättchens ausreicht.. Innerhalb des evakuierten Raumes befindet sich eine Siliziumquelle 19, die erwärmt wird, wie es durch die schwarzen Pfeile 21 angezeigt wird. Die Zuführung ausreichender Wärme erzeugt eine Verdampfung von Silizium, so daß Atome oder Moleküle des Siliziums in Richtung auf das Plättchen steigen, wie es bei 22 angezeigt ist. Es ist nur notwendig, eine angemessene Wärmemenge der Quelle zuzuführen, um eine zweckmäßige Verdampfungsgeschwindigkeit bei dem herrschenden verringerten Druck zu erzielen.

Das Plättchen 12 wird zumindest auf der für das epitaxiale Wachstum von Silizium notwendigen Mindesttemperatur gehalten, und das Wachstumsmaterial bzw. der Zuwachs kann Akzeptoren- oder Donatoren-Verunreinigungan enthalten, um gleichrichtende Übergänge in dem sich ergebenden Gebilde herzustellen. Die Entfernung des Überzuges 13 erzeugt ein Halbleiterplättchen mit einer Erhöhung 23 darauf, wie es in Pig* 10 gezeigt ist.

Der hier angegebene Prozeß verhindert die Ablagerung von Silizium auf der Maske durch die Erzeugung von flüchtigem SiO, und der Prozeß-kann'solange fortgesetzt werden, bis sich die Maske vollkommen verflüchtigt hat. In lig. 1D wird das gleiche Siliziumplättchen 12 gezeigt, das einen Überzug aus Siliziumdioxyd 13 aufweist, wobei Wärme zugeführt wird, wie es bei 18 angezeigt ist, um das Plättchen und den Überzug

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auf einer für das epitaxiale Wachstum von Silizium auf der Oberfläche 16 des Plättchens angemessenen Temperatur zu halten. Mt der Erzeugung von freiem Silizium, wie es durch die Pfeile 22 angezeigt ist, wird, wie oben angegeben, ein epitaxiales Wachstum von Silizium auf dem Plättchen in der durch die Baaske festgelegten öffnung erzeugt. Der Überschuß an freiem Silizium dient außerdem dazu, das Siliziumdioxyd in flüchtiges Siliziuinmonoxyd zu überführen, welches dann als Gas von der Maske fort fliß^t, wie es durch die kleinen Pfeile, die von der Maske fort gerichtet sind, in Pig. 1D angezeigt ist. Sorgfältige Experimente und Messungen haben ergeben, daß die Dispersionsgeschwindigkeit oder die des Entfemens der Maske während des epitaxialen Wachstums etwa doppelt so groß ist wie die Wachstumsgeschwindigkeit des Siliziums auf dem Plättchen. Infolgedessen wird bei einer anfänglichen Maskendicke a, wie sie in Fig. 1B angezeigt ist, eine Erhöhung 23 mit einer Dicke b_ bei vollständiger Dispersion der Maske erzeugt, wobei b = a/2.

Die Vorteile des epitaxialen Wachstums und die damit möglichen Formen, wie auch die ziemlich offensichtlichen Vorteile der Erhöhungsformen und dgl., werden als dem Fachmann ausreichend bekannt angesehen, so daß hier keine weiteren Bemerkungen darüber gemacht werden. Es wird jedoch besonders darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung eine genaue Begrenzung des Ausmaßes des epitaxialen Wachstums schafft, während sie gleichzeitig die Ablagerung von Halbleiter-mate-

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rial auf der Maske, die zum Erreichen dieser Begrenzung verwendet wird, verhindert. Gemäß dieser Erfindung ist es möglieh, die Maske während des epitaxialen Wachstums vollkommen zu entfernen, obwohl dies nicht notwendig ist, und für bestimmte Halbleiterbauelemente ist es vorteilhaft, anfänglich eine ausreichend dicke Maske aufzutragen, so daß zumindest ein Teil der Maske nach "Beendigung des epitaxialen Wachstums zurückbleibt.

Der Prozeß der vorliegenden Erfindung wurde mit der in Fig. 2 schematisch dargestellten Vorrichtung durchgeführt _t und die folgenden Beispiele werden unter Bezugnahme auf diese Vorrichtung angegeben. Wie Fig. 2 zeigt, umfaßt die Vorrichtung einen Behälter 31, der kontinuierlich evakuiert wird, wie es durch die Blockpfeile 32 angezeigt ist. Der Behälter 31 besteht aus einer 45,75 cm-G-locke aus Pyrex-Glas mit einer flüssigen Stickstoff-Vorlage und die Evakuierung dieses Behälters wird durch eine Diffusions- und Vakuumpumpe mit einer Pumpgeschwindigkeit von 300 Ltr./sec erzielt. Innerhalb des Behälters befindet sich eine Molybdändrahtheizung 33, die von einer geeigneten Spannungsquelle 34, welche außerhalb des Behälters angeordsnet ist, versorgt wird» Diese Heizung liegt etwa 3 mm von einem Siliziumplättchen 36 entfernt. Das Plättchen ist in einem Halter und Wärmeschild 37 durch Tantalklemmen befestigt. Der Halter 37 hat eine Abmessung von 3x5 χ 1 cm. Unmittelbar unter diesem Halter 37 befindet sich ein Quellenschiffchen 41, das aus Kieselerde

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(Siliciumdioxid) besteht. Bine Tantalfolie 42 mit einer Dicke von 0,0254 mm umgibt das Quellenschiffchen 41 und ist in die Enden von Molybdänstangen 43 eingepaßt, welche als elektrische Verbinder dienen, um einen Heizstrom durch die Spule von einer äußeren Spannungsquelle 44 zu leiten. Ein Schild 46 umgibt das Schiffchen, um die Wärmeableitung zu begrenzen und die Dämpfe nach oben zu leiten. Ein querschnitt dieses Quellenschiffchens zusammen mit der Heizfolie und dem Schild wird in Fig. 3 gezeigt.

Im folgenden wird ein Beispiel für den Prozeß der vorliegenden Erfindung angegeben, wie er mit der oben beschriebenen und in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung durchgeführt wird. Zuerst wird ein gewöhnliches monokristallines Siliziumplättchen gebildet, wie es bei 36 angezeigt ist. In diesem Fall hat das Plättchen eine untere Oberfläche * die in der (lll)-Ebene ausgebildet ist} eine solche Ebene ist entweder geätzt oder mechanisch poliert. Das Plättchen wird in Fluorwasserstoffsäure eingetaucht und mit Ultraschall gereinigt, um die Oberflächenversehmutzung auf ein Mindestmaß herabzusetzen. Wenn das Plättchen in den Halter und Schild 37 eingebaut ist, wird Wärme von dem Heizdraht 33 ä-em Plättchen zugeführt, um die Temperatur des Plättchens auf die Mindesttemperatur für epitaxiales Wachstum von Silizium darauf zu bringen, In diesem Beispiel wurde das Plättchen auf eine Temperatur von 1125⁰C gebracht. Die Qualle 41 wurde auf eine Temperatur von etwa 165Q⁰C gebracht, d.h. gerade

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unterhalb des Weichmachungspunktes des Quellenschiffchens aus geschmolzener Kieselerde. Die .Quellentemperatur in diesem Beispiel wurde durch das Quellensohiffchen begrenzte Außer dieser Begrenzung können hohe Temperaturen vorteilhaft angewendet werden, um größere Verdampfungsgeschwindigkeiten für das in der Quelle angeordnete Silizium zu erzielen. Der Drück in dem Behälter 31 wurde auf 10 mm Quecksilber gehalten. Bei einem Abstand von 2 cm zwischen der Quelle und dem Halter wurde die Ablagerungsgeschwindigkeit des Siliziums gemessen und zu etwa 1/2 Mikron je Minute festgestellt. BpI-taxiales Wachstum von Silizium trat auf der TJnterfläche des Plättchens 36 auf. In diesem Beispiel wurde eine gewachsene Schicht von 5 Mikron Dicke in 10 min gebildet. Eine nachfolgende Eöntgenanalyse des Plattchens ergab eindeutig, daß ein Einkristallgebilde einschließlich des ursprünglichen Plättohens und des Wachstums darauf gebildet worden war.

In weiteren Beispielen des Prozesses der vorliegenden Erfindung wurde epitaxiales Wachstum auf Siliziumplättchen mit Siliziumdioxydüberaug darauf erzeugt, wobei ein solcher Überzug öffnungen aufwies, um begrenzte Flächen des Plättohens zur Festlegung des Ausmaßes des Wachstums freizulegen. Die SiliziumoxydÜberzüge wurden auf herkömmliche Weise hergestellt, wie das z.B. in der Literatur beschrieben istf die öffnungen darin wurden mit Hilfe der Fotoreservage-Iechnik und durch Xtζen hergestellt, wie ebenfalls in der Literatur beschriebene Es ist bekannt* daß bestimmte lectoiken für die

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Erzielung äußerster Genauigkeit in der Anordnung und den physikalischen Dimensionen von Öffnungen in Siliziumoxydmasken auf Silizium sorgen, so daß eine sehr genaue Eontrolle über das epitaxiale Wachstum erhalten wird. Die Yakuumablagerung von Silizium, um epitaxiales Wachstum auf einem SiIiziumplättchen durch öffnungen in einer Maske zu "bilden, -wurde "bei einer Temperatur des Plättehens von 120Q⁰C durchgeführt. Die Siliziumquelle 41 wurde hier wiederum bei der maximal möglichen Temperatur für das Quellenschiffchenmaterial, d.h. bei etwa 1650⁰C betrieben, um auf diese Weise die höchstmögliche Verdampfungsgeschwindigkeit zu erzielen. Das Verfahren wurde, wie in dem vorangegangenen Beispiel beschrieben, mit dem Ergebnis durchgeführt-, daß sich kein Silizium auf der Maske ablagerte» Ep it axiales' Wachstum von Silizium wurde in den Öffnungen der Maske beobachtet, und darüber hinaus wurde eine Abnahme der Maskendicke während des Prozesses beobachtet» In diesem Beispiel wurde der Prozeß fortgesetzt, bis die Maske vollkommen verschwunden war. Die Analyse des sich ergebenden Plättehens zeigte, daß die epitaxial gewachsene Erhöhung (Mesa) darauf eine Dicke hatte, die ein wenig unter der halben Dicke der ursprünglichen Siliziumoxydmaske auf dem Plättchen lag. Eine Höntgenanalyse des erhaltenen Plättchens· bestätigte den monokristallinen Aufbau des Plättehens»

Bei der Durchführung des hier genannten Prozesses in der oben beschriebenen Art und mit der .in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung wurde festgestellt, daß die Siliziumdioxyd-

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maske auf dem Plättchen verdampfte und entfernt wurde. Dieses Entfernen der Maske "bzw. des Überzuges geschah offensichtlich durch die Erzeugung von Siliziummonoxyd an der Oberfläche der Maske, und das Entfernen desselben, geschah auf natürliche Weise insofern, als Siliziummonoxyd einen Dampfdruck von 0,1 mm Quecksilber bei einer Temperatur von etwa 110O⁰C hat. Infolgedessen wird die Siliziuaidioxydmaske kontinuierlich während des epitaxialen Wachstumsprozesses entfernt, und der Prozeß kann beendet werden, wenn etwas von der Maske zurückbleibt, um die gebildeten gleichrichtenden Übergänge z.B. zu schützen, oder der Prozeß kann fortgesetzt werden, um die Maske vollständig zu entfernen und die ungeschützte Form der

Pig» 1G zu erzeugen.

Veränderungen in dem unmittelbar zuvor beschriebenen

Prozeß wurden ebenfalls durchgeführt. Es wurde gefunden, daß sich bei einer Plättchentemperatur von etwa 1000⁰C das ver-.dampfte Silizium kontinuierlich sowohl auf dem Siliziumdiöxyd als auch auf dem Siliziumsubstrat in den Maskenöffnungen ablagerte. Die Durchführung des Prozesses bei Temperaturen im Bereich von 1000 bis 1050⁰C erzeugte einen braunen Film auf dem Substrat, von dem festgestellt wurde, daß er aus Siliziummonoxyd bestand, anstelle des gewünschten epitaxialen Wachstums von Silizium selbst. Aufgrund der Anwesenheit von SiIiziummonoxyd bei Temperaturen, die ausreichen, um epitaxiales Wachstum zu erzeugen, ist der hier beschriebene Prozeß voll zur Erzielung der Torteile der Erfindung bei Temperaturen

oberhalb 1Q!?0^oC durchführbar.·

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Der Prozeß der vorliegenden Erfindung ist, wie oben erwähnt, auch dazu anwendbar, gleichrichtende Übergänge während des epitaxialen ffachstums herzustellen. Akzeptoren- oder Donatoren-Verunreinigungen können in das epitaxial gewachsene Halbleitermaterial eingebracht werden, indem entweder solche Verunreinigungen in das Material vpr dem Verdampfen eingeschlossen werden oder, nach einer anderen Möglichkeit, indem eine getrennte Verdampfung dieser Verunreinigungen durchgeführt wird, so daß sich die Dämpfe vermischen und die Verunreinigungen in dem gesamten, sich ablagernden Halbleitermaterial verteilt sind. Viele der zweckmäßigen Akzeptoren- und Donatoren-Verunreinigungen, die zum Dopen von Halbleitermaterial verwendet werden, haben eine viel größere Flüchtigkeit, als die Materialien selbst, und infolgedessen tritt ein gewisser Verlust in der Verunreinigungsmenge zwischen dem ursprünglichen Quellenmaterial und dem epitaxial gewachsenen Material auf. Der hier beschriebene Prozeß eignet sich auch gut zur Bildung von gleichrichtenden Übergängen von gewünschter und vorherbestimmbarer Form. Insofern als der vorliegende Prozeß bei einer erhöhten Temperatur über der für das epitaxial« Wachstum erforderlichen Temperatur durchgeführt wird, wird eine Diffusion von Akzeptoren- und Donatoren-Verunreinigungen während des eigentlichen Prozesses eintreten. Diese zusätzliche Diffusion wird hier dazu verwendet, bestimmte Lagen, und Formen von gleichrichtenden Übergängen zu erzeugen. Wenn das Substrat stark gedopt und das epitaxial gewasöhsene

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Material darauf leicht gedopt ist, wird eine Diffusion von Verunreinigungen von dem Substrat in die epitaxial gewachsene Schicht eintreten. Dadurch entsteht ein gleichrichtender Übergang irgendwo innerhalb der Schicht und nicht innerhalb des Substrats. Andererseits wird das Wachstum eines stark gedopten Materials auf einem verhältnismäßig leicht gedopten Substrat eine Diffusbn von Verunreinigungen in das, Substrat hervorrufen, um so den gebildeten gleichrichtenden Übergang in das Substrat selbst hineinzudrücken. Als Beispiel für die vorangegangenen Ausführungen wurde eine Vorrichtung, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, verwendet, wobei das Material in dem Quellenschiffchen 41 aus mit Bor gedoptem Silizium bestand und das Plättchen 56 aus einem leicht gedopten n-Silizium gebild.et war, welches vorher auf herkömmliche Weise durch Dispersion von Antimon in das Material des Plättchens gebildet worden rar'. Das Verfahren wurde in einem Vakuum in

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der Größenordnung von 10 mm Quecksilber und bei einer Erwärmung des Plättehens auf eine Temperatur von etwa 1150⁰C durchgeführt und das Quellenschiffchen auf einer Temperatur in der G-rößenordnung von 1650⁰C gehalten. Die Siliziumdioxydmaske auf der Unterseite des Plättchens 36 wurde mit einer durchgehenden Öffnung versehen, wie es oben beschrieben wurde, und an dieser freiliegenden Oberfläche des Plättchens, wie sie durch die Maske begrenzt war, wurde ein epitaxiales Wachstum von Silizium auf dem Plättchen erzeugt* In diesem Fall bestand das Plättchen aus 1-Ohm-Zentimeter-n-Silizium und das

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epitaxiale Wachstum aus 0,2-Ohm-Zentimeter-p-Silizium. In diesem Prozeß wurde eine Erhöhung "bzw. Mesakonfiguration erzeugt, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist. Die Diffusionstiefe wurde nach "bekannten Prüfungsverfahren durch eine "Fransenzählung" (fringe count) bestimmt, die in einer gebeizten !Tut vorgenommen wurde. Aus Fig. 4 ist zu ersehen, daß der in diesem Prozeß erzeugte gleichrichtende Übergang 51 sich von der auf diesem Draht epitaxial gewachsenen Erhöhung (Mesa) 53 in das Substrat 52 erstreckt. Obwohl der gesamte Wachstumsprozeß nur wenige Minuten beansprucht, sorgt die Temperatur des Substrats für die Diffusion der Verunreinigung, welche in dem epitaxial gewachsenen Material enthalten ist, in das Substrat unter der Bedingung, daß der epitaxial gewachsene Teil eine größere Dopungshöhe hat als das Substrat.

Bei der anderen Möglichkeit, in der das Substrat eine größere Dopungshöhe aufweist als das abgelagerte halbleitende Material, wird eine Diffusion der Substratverunreinigung in die epitaxial darauf gewachsene Schicht eintreten. Dies ist in Fig. 5 dargestellt, in der ein stark gedoptes Substrat 56 einem Prozeß nach der vorliegenden Erfindung, wie oben angegeben, ausgesetzt wurde, um eine zusätzliche Schicht aus monokristallinem halbleitendem Material darauf wachsen zu lassen und die angezeigte Erhöhung 58 zu bilden. Das epitaxiale Wachstum wurde erzielt durch Ablagerung von 1-Ohm-Zentimeter-p-Silizium auf O,2-Ohm-Zentimeter-n-Silizium. Da ein leicht gedoptes Material auf dem Substrat abgelagert war,

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diffundierten die Verunreinigungen in .dem Substrat "bei den Temperaturen des Prozesses in diese gewachsene Schicht, um auf diese Weise einen gleichrichtenden Übergang oberhalb der ursprünglichen Oberfläche des Substrats und innerhalb der gewachsenen Schicht, wie dargestellt, zu bilden. Kotwendigerweise ist ein Überschuß an Donatoren- oder Akzeptoren-Verunreinigung bei der Ablagerung zu verwenden,, weil nicht die gesamte verdampfte Verunreinigung in die epitaxial gewachsene Schicht diffundiert. ' Die Dopungshöhe des epitaxial gewachsenen Materials ist abhängig von der Verdampfungsgeschwindigkeit der Verunreinigung, der Geschwindigkeit der Siliziumverdampfung und der verwendeten Substrattemperatur. · .-.■-■'. ·.'■-■

Zusätzlich zu den möglichen Halbleiterbauelementgebilden, die nach dem Prozeß dieser Erfindung hergestellt werden können, können auch vorteilhaft Sehaltungsbauteile im festen Zustand hergestellt werden. Die Kombination von mehr als'einem elektronischen Bauelement in einer einzigen Einheit im festen Zustand wirft zahlreiche Probleme auf, zu denen die Schwierigkeit der Herstellung von mehr als drei bestimmten Zonen verschiedener Polarität nach Diffusionsteehniken gehört. Insbesondere in dem Fall, in dem die Zonen eine in der anderen liegen sollen, treten sehr schwere IControllprobleme bei dem Versuch auf, diese Vielzahl von Zonen nach Diffusionstechniken zu bilden. Die vorliegende Erfindung überwindet bestimmte Schwierigkeiten auf diesem Gebiet

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insofern,* als getrennte Zonen gemäß der Erfindung durch epit-. axiales Wachstum von geeignet gedoptem halbleitend em Material gebildet werden können. Bin Problem bei der Herstellung einer eine Einheit bildenden Halbleiterschaltung liegt in der Schwierigkeit der Bildung elektrischer Leiter oder Widerstände, welche übereinander verlaufen. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann dieses Gebilde leicht erzielt werden, indem man z.B. mit einem η-Substrat beginnt, wie es bei 61 in den Figuren 6 und 7 dargestellt ist. In dieses Substrat kann nach herkömmlichen Techniken eine p-Zone 62 eindiffundiert ■werden, die sich z.B. quer über einen Teil des Substrats erstreckt, wie es angezeigt ist«, Auf dieses Substrat wird dann durch epitaxiales Wachstum nach dem Prozeß der vorliegenden Erfindung eine Erhöhung (Mesa) 63 aufgebracht, die eine Donatoren-Yerünreinigung enthält, um eine η-Mesa zu bilden. In dem dargestellten Beispiel erstreckt sich diese Mesa 63 quer über die p-Sehicht in dem Substat, Nach der Bildung dieser Mesa 63 wird dann eine kleine Zone 64 in Längsrichtung der Mesa durch Diffusion einer Akzeptoren-Yerunreinigung in die Mesa eindiffundiert, um eine p-Zone 64 zu erzeugen, wie es dargestellt ist. Die hierin verwendeten Diffusionstechniken können nach bekannten Verfahren durchgeführt werden. Das sich ergebende Gebilde weist, wie ersichtlich, eine langgestreckte p-Zone auf, die durch mit der Biiokseite aneinander liegende pn-Übergänge von der sich quer erstreckenden p-Zone 62 getrennt ist. infolgedessen wird ein

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elektrisch isolierendes Material zwischen den Zonen 62 und 64 erzielt, und diese Zonen' können deshalb als Pfade verhältnismäßig geringen Widerstandes für den Durchgang von Strom in einer Schaltung im festen Zustand verwendet werden. Dieses übereinandergelegte Gebilde, das teilweise in Fig. dargestellt ist, ist sehr vorteilhaft für die Herstellung von Schaltungen im festen Zustand. Die getrennten elektrischen Pfade durch die Zonen 62 und 64 können sich z.B. zwischen ausgewählten Teilen von Halbleiterbauelementen erstrecken, die ebenfalls in dem einen Plättchen oder Substrat 61 ausgebildet sind,,

Es wurde ein verbesserter Prozeß zur Herstellung epitaxialen Wachstums von Halbleitermaterial beschrieben. Dieser Prozeß sorgt für eine sehr genaue Begrenzung der Alilagerungsfläche von Halbleitermaterial, das bei dem epitaxialen Wachstum verwendet wird, durch die Verwendung eines mit Öffnungen versehenen anhaftenden Überzuges auf dem Halbleiter. Die vorliegende Erfindung sorgt auch für die ■Verflüchtigung der Maske- in der bestimmten bei dem Prozeß verwendeten Atmosphäre und verhindert auf diese Weise die Ablagerung von Halbleitermaterial auf der Maske. -Im vorangegangenen werden auch bestimmte physikalische Gebilde beschrieben und teilweise dargestelltV die nach dem ProzeS der vorliegenden Erfindung hergestellt »werden können, wobei jedoch ein Fachmann leicht zahlreiche andere Gebilde entwer-

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fen. kann, die nach dem Prozeß dieser Erfindung vorteilhaft hergestellt werden können, obwohl die vorliegende Erfindung allgemein zusammen mit spezifischen Beispielen des Prozeßablaufes beschrieben wurde, ist nicht beabsichtigt, die vorliegende Erfindung durch die Terminologie dieser Besehreibung zu begrenzen. Es wird stattdessen auf die beiliegenden Ansprüche für eine genaue Umreißung des wahren Bereichs dieser Erfindung verwiesen.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche :

1 ο Prozeß zur Herstellung,yon Halbleiterbauelementen aus einem mönokristallinen Element aus halbleitendem Material» dadurch gekennzeichnet, daß man auf mindestens einer Oberfläche des Elements eine Maske mit einer oder, mehreren Öffnungen ausbildet, um die Oberfläche des halbleitenden Materials freizulegen, das Element auf mindestens die Temperatur für epitaxiales Wachstum des halbleitenden Materials auf dem Plättehen in einem Vakuum erwärmt, das gleiche halbleitende Material wie das Element durch die Öffnungen in der Maske durch Dampf ablagert, um epitaxiales Wachstum von halbreitendem Material auf .begrenzten J¹Iachen der mit der Maske versehenen Oberfläche, des Elements zu erzeugen, und die Maske entfernt, um eine oder mehrere Erhöhungen (Mesas) von halbleitendem Material auf dem Element und monokristallin mit diesem zu hinterlassen,. : : "

¹ 2. Prozeß.nach Anspruch ..t_r weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß man die·-Maske aus einem Material bildet, das· mit dem verdampften halbleitenden Material reagiert, um eine bei der Temperatur flüchtige Verbindung zu bilden., und daß man die verflüchtigte Verbindung, während des epitaxialen Wachstums kontinuierlich entfernt. ... .'..-". -'- . '

- ■ ■ 3.. Prozeß nach Anspruch 1. oder 2, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß-man-das. halbleitende Element aus monokristallinem" Silizium bildet-it, die Maske aus 'einem OxydLctes Siliziums bildet und Silizium auf dem Element durch Bampf\ablagert ,^ während

man das Element auf einer Temperatur über 105O⁰C hält, so daß sich däB>Silizium durch die Maskenöffnungen nur auf dem Element

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und nicht auf der Maske ablagert.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3» weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Dampf ablagerung,, während der die Maske verdampft, solange fortgesetzt wird, bis die Maske praktisch vollkommen verdampft ist, um erhöhte Teile auf dem Plättehen zurückzulassen, welche, mit dem Element monokristallin sind.

5„ Prozeß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin gekennzeichnet durch die Verdampfung einer Akzeptoren- oder Donatoren-Verunreinigung gleichzeitig mit der .Verdampfung von halbleitandem Material für epitaxiales .Wachstum von p- pd,er n-Brhöhungen (Mesas) auf dem llement.

6. Prozeß nach Anspruch 5, weiter dadurch gekennzeichnet , daß man 4i& Verunreinigung .verdampft, um einen pn-übergang zu bilden, und die Geschwindigkeit der Varunreinigungsverdampfung regelt, um die Lage das pn-tJbergangas in oder nahe, dey Erhöhung (Mesa), welche durch epitaxiales Wachstum, gebildet wurde, au regeln.

7» yrctgeß n^aoh den Ansprüchen 1 bis 6, bei dem das Element, §ilia|u?| m-Lt einer Siliziuffldioxydmaske darauf iat, un& w§it^^.|.n ^«ikenn^eichnet durch Dampf ablagerung bei einem Druck ψοη IQ- mgi Quecksilber oder darunter und die Haltung des, Elements a,udf einer Temperatur zwischen 1050⁰O und der - Schmelztempei?at-ur von Silizium.

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