Verlag des Forschungszentrums Jülich
JUEL-3416
Grimm, Karsten
Untersuchung der Facettenbildung bei selektiver Epitaxie von Si mittels LPCVD
99 S., 1997
Um bei der Miniaturisierung im Bereich der Halbleitertechnologie, insbesondere
im Hinblick auf höhere Packungsdichten, weiter fortzuschreiten, ist die Ausnutzung
der dritten Dimension, also das vertikale Design der Bauelemente, ein
vielversprechender Ansatz. Als geeignete Technologie bietet sich dabei die
selektive Epitaxie an. Diese zeichnet sich jedoch durch eine Facettenbildung
am Rand der entstehenden Mesastrukturen aus, was bisher als wichtigster
Hinderungsgrund für die Nutzung der selektiven Epitaxie in diesem Zusammenhang
angesehen wurde. In dieser Arbeit wurde diese Facettenbildung daher intensiv
untersucht. Ziel war es dabei zum einen, zu prüfen ob die Kristallqualität der
Facetten modernen Bauelementen genügt und zum anderen, die Wachstumsparameter
der Facetten so zu bestimmen, daß deren Geometrie beim Design von vertikalen
Bauelementen mit einbezogen werden kann. Weitere Fragen die zu klären waren sind
die nach der Reproduzierbarkeit der Facettenbildung auch bei variierenden
Wachstumsbedingungen sowie die nach der Dotierung im Facettenbereich. Zu diesem
Zweck wurden in einer Niederdruck-Gasphasenepitaxieanlage selektive Epitaxien im
Bereich zwischen 700° C und 850° C bei einem Gesamtdruck von 0.12 Torr auf
Si(001)-Substraten durchgeführt. Als Quellgas wurde Dichlorsilan benutzt.
Mittels AFM-Untersuchungen wurden die dabei entstandenen Facetten identifiziert
und bezüglich ihrer Ausdehnung untersucht. Die Wachstumsraten der einzelnen
Facetten konnten anhand von TEM-Aufnahmen der Proben bestimmt werden. Desweitern
konnte mit Hilfe dieser Untersuchungen eine geeignete Konstruktionsvorschrift für
die Facettenbildung bestimmt werden. Mit Hilfe dieser Konstruktionsvorschrift
sowie den erhaltenen Wachstumsraten ist eine Vorhersage der Mesageometrie unter
Hinzunahme der Facetten möglich. Für die Untersuchung der Dotierungskonzentration
im Facettenbereich wurden dotierte Proben hergestellt, an denen mit Hilfe einer
modifizierten Kapazitäts-Spannungs-Messung die Dotierung für einige Facetten
bestimmt werden konnte. Für die Untersuchung der Kristallqualität der Facetten
schließlich wurden selektiv gewachsene pn-Dioden hinsichtlich ihrer elektrischen
Eigenschaften untersucht. Die Ergebnisse deuteten auf eine sehr gute Kristallqualität
hin, was durch die Tatsache unterstützt wird, daß anhand der TEM-Untersuchungen
keinerlei Defekte im Facettenbereich gefunden werden konnten. Insgesamt hat sich
bei dieser Untersuchung herausgestellt, daß das Facettenwachstum bei der Nutzung
der selektiven Epitaxie für die Herstellung vertikaler Bauelemente kein Hindernis
darstellen sollte.
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